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《曲阜师范大学》 2002年
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智能化多功能偏振参数测量系统的研制和改进

范树海  
【摘要】: 从本世纪60年代起,特别是在激光、光导纤维问世以后,偏振光学这门古老的学科又焕发了青春,并以空前的规模和速度发展。如今偏振光学技术除已应用于光测弹性方法中测定机械结构的应力分布、测定晶轴方位,测定糖溶液的浓度外,还有更广阔的用途:电光、磁光、液晶、光通讯、光传感、光开关、光调制、光存储、外差探测、薄膜参数测量、物质结构探测、生物细胞荧光测量、图像识别、乃至最新的生物芯片探测,偏光技术的应用无处不在。 随着偏光技术的迅速发展,人们希望了解光束和物质的偏振特性,也对偏光器件的偏振性能提出了越来越高的要求.因而人们提出和建立了各种各样的方案和系统,用于斯托克斯参量、偏振度、琼斯矢量、琼斯矩阵和密勒矩阵以及波片的相位延迟等偏振参量的测量。 资料检索的结果显示,目前的偏振参量测量系统功能较为单一,且多为单点测量,缺乏均匀性方面的测量。在实际使用中,由于偏振器件加工的缺陷和器件内部的缺陷以及应力和其它因素的影响,偏振器件的特性在它的整个通光面上往往是不均匀的。人们曾通过移动样品的位置来测量样品上若干点的偏振参量,但其测试过程十分繁琐,而且费时,不能形成等精度测量。 为改变这种状况,我们以面阵CCD作为二维光强探测器,研制了一套光、机、电、算一体化的二维智能化多偏振参量综合测量系统,可进行光束的斯托克斯参量、偏振度、光束的琼斯矢量、器件的琼斯矩阵和密勒矩阵、波片的相位延迟、波片的方位角的测量,还可进行透射率、二向色性和旋光角的测量,最重要的是它能同时测量待测样品通光面上各点的偏振参量。我们在Windows 2000 ProfesSional中文版操作系统下,在Visual C++6.0集成开发环境中为此系统设计了一套软件,这套软件是实现智能化测量的核心,它能进行上述参量中光束的斯托克斯参量、偏振度、光束的琼斯矢量、器件的琼斯矩阵和密勒矩阵、波片的相位延迟、波片的方位角的自动测量和数据处理, 第 h 页 核 要 直接给出结果制吾,无须人工干预。本论文以波片相位延迟的测量为 重点,从该系统的原理、实践、软件、误差、改这等方面展开叙述, 全文内客概抬如下: 在g一章绪论中,我们阐达了运行二纶偏振参量aj量约重大意义。含 总结概括了当前国内外的偏振参量测量方案,重点列举了常用的相位 延迟测量方法,简要地比较分析了它们的优缺点c 在g二章中,我们分析了几种典型的偏振参量测量方案,包括: 斯托克斯矢量、偏振度、琼斯矢量的一种测量方案;密勒矩阵的一种 测量方案;琼斯乡巨阵的一种测量方案;以较大的篇幅重点分析了波片 参量卜目位延迟与方位角)的6种测量方案:密勒矩阵测量计算法、琼 斯矩障测量计算法、极值法及四步相移法、双探测器归一测量法、单 四分之一坟片 fs(Senamont hlethod)、双四分之一波片法(Tardy M0。ho以。我们分析了所有这些方案的原理、误差来源及特点。 在箩三壹中,我们设计了一个用于单点测量的多偏振参量综合测 量系统.可用子斯托克产矢量、偏振度、琼斯矢量、密勒矩阵、琼斯 矩阵、波片朽垃延迟与方位角的测量。该系统建立在第二章中各单功 能偏振参量测量系统的原理之上,其中的波片参量测量子系统经优化 选择,选用了6种方案中的“四步相移法”c在本章中我们描述了各子 系统的测量步骤及数据处理方法。 在第四章中,我们详细描述了二维智能化多偏振参量综合测量系 统中各部件的选择、光路的调整方法和系统定标的方法,还叙述了我 们设计的系统软件主莱单中各项的功能,说明了进行各项参量测量时 程序的流程。 在第五章中,我们定性分析了测量系统的误差来源以及减小误差 的方法。系统的误差来源于光源输出功率的漂移、各偏振元器件方位 角的设置误差、nD分辨率极限/标准线偏器和非标准。分之一波片、。 CCD的非均匀响应、非线性响应、暗电流、噪声和灵敏度、CCD器件的 偏振敏感性、金属膜分光镜的偏振效应、各器件通光面上的非均匀性 以及随机误差等等。实验结果表明本系统在测量相位延迟时的误差不 摘 要 第iii 页 超过 4%,测量琼斯矩阵与密勒矩阵时误差不超过 5%。在本童中我们还 提出了本系统的优化设计方案:改单波长激光先源为电先源和单色仪 .系统实现多波长测量;将测量范围拓展到透射率、二向色性和旋光角 的测量;剔除琼斯矩阵的测量功能以简化系统提高稳定性和精度;增 强程序功能等等。 总的说来,我们建立的实验系统基本上达到了预期的要求,能进 行多种偏振参量的测量,能同时测量整个二维面上的偏振参量,实现 了测量的智能化.但该系统还存在不足,误差较大,系统较复杂。若 按优化设计方案进行改造,则能简化系统、提高精度、进行宽波段的 测量。
【学位授予单位】:曲阜师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP274.4

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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