（光学专业论文）波片延迟量自动化测量系统的研究.pdf

摘要第l 页 摘要 在偏振光学和晶体光学领域中，光相位延迟器是光学调制系统中的重要晶体光学器 件，它能对某一特定波长的入射偏振光产生确定的相位变化，从而改变光的偏振态。配合 其它偏振器件，可实现对偏振光的调制从而控制光的偏振态。事实上，几乎所有应用偏光 技术的地方都离不开光相位延迟器。由于其特殊的性质，被广泛应用于光纤通讯、光的存 储、信息光学技术、空间光学、海洋光学、国防军事、航空航天等领域中。本论文波片 延迟量自动化测量系统的研究展示了新的相位延迟量自动测量系统，它能实现波片相位 延迟量的精确测量。 随着光学精密仪器、激光和偏光技术的发展，对波片精度要求愈来愈高，这要求波片 的检测装置不但应具有较高的测量分辨率，更需要具有高的测量复现性。波片的相位延迟 量是波片非常重要的性质之一，与波片的质量密切相关，将会直接或间接的影响到光学精 密仪器的质量、激光的偏振状态、光通讯效果。并且波片的相位延迟量又与波片的厚度、 应力双折射、环境温度等诸多因素有关，因而通过测量波片的相位延迟量来评价波片的质 量是十分有价值的。 资料检索显示，当前许多高精度波片测量方法中，大多仪器仅是停留在实验室仪器状 态，实际测量中多以手工操作为主，操作困难复杂，测试周期较长，复现性不高，不适合 批量检测。因此，有必要研究新的测量方法，并建立具有自动、方便、快捷等特点的波片 精确测量系统。 本论文在前人研究成果的基础上，研究了器件传递误差，采用最小二乘算法减小了随 机误差，建立了波片相位延迟量自动测量系统，实现了波片相位延迟量的精确测量。文章 共分五章：第一章绪论主要介绍了波片相位延迟量测量的发展历史和研究现状，阐述了论 文研究的内容、目的和意义。 第二章主要介绍了波片测量的基础知识。首先对偏振和偏振光知识作了大体介绍，并 描述了偏振光的四种数学表示方法。然后详细介绍了波片的基础知识，主要介绍了单元波 片的特性。最后介绍了与晶体双折射相关的马吕斯定律及偏振光的干涉。 第三章主要介绍了几种典型的光相位延迟测量方案，包括：改进型的偏光干涉测量法、 四步相移法、单四分之一波片法( s e n a m o n tm e t h o d ) 、双四分之一波片法( t a r d ym e t h o d ) 。 分析了所有这些方案的原理、误差来源及特点。 第四章主要介绍了新设计的集光、机、电、算为一体的波片光相位延迟量测量系统。 首先介绍了此测量系统的测量原理并绘出了测量系统原理图。接着，利用米勒矩阵和斯托 克斯矢量理论严格推导了测量系统的各个器件的传递误差情况。最后，估算新的测量方法 的测量不确定度约为0 7 0 。 第五章利用新系统进行了实验测试，对测量结果进行了分析。首先详细描述了此测量 系统中光路的调整方法、各部件的选择、具体操作过程。接着，利用新系统分别测量了 摘要第2 页 6 3 2 8 n m 和6 5 0 n m 两类样品四分之一波片，列出了测量的数据结果，并对数据进行了对比 分析。最后对测试结果并进行了讨论。试验表明该方法能很好的区分这两类波片。 本论文的主要创新点是：根据实验室现有条件，设计与建立了光、机、电、算相结合 的自动化测量系统：研究分析了新测量方法中的器件传递误差，通过选择合适器件及改进 测试步骤减小了系统误差：利用最d x - 乘算法减小了随机误差，提高了系统信噪比。误差 理论分析证明新的测量方法的测量不确定度约为0 7 0 。对6 3 2 8 n m 和6 5 0 n m 两类样品四 分之一波片进行了对比测试，验证了新方法的精确性和实用性。 关键词：光学测量；偏振光学；相位延迟；米勒矩阵；波片；最小二乘算法 a b s t r a c t第1 页 a bs t r a c t i nt h ef i e l do fp o l a r i z a t i o no p t i c sa n dc r y s t a lo p t i c s ，p h a s er e t a r d e r sa r ei m p o r t a n to p t i c a l c o m p o n e n t st h a ti n t r o d u c eap h a s es h i rb e t w e e no r t h o g o n a la n dl i n e a r l yp o l a r i z e dc o m p o n e n t s o fl i g h tt r a n s m i t t e dt h r o u g ht h e m f i t t e dw i t ho t h e rp o l a r i me t r i ce l e m e n t s ，t h e yc a nr e a l i z e m o d i f y i n go fl i g h ta n dc o n t r o l l i n go fp o l a r i z a t i o ns t a t e s i nf a c t , n e a r l ya l lp l a c e st h a t i n a p p l i c a t i o no fp o l a r i z a t i o nt e c h n o l o g yc o u l d n tb eo f f t h ep h a s e r e t a r d e r a sar e s u l to fi t ss p e c i a l q u a l i t y , i t sw i d e l ya p p l i e di nd o m a i n ss u c ha so p t i c a lc o m m u n i c a t i o n ，l i g h tm e m o r y , i n f o r m a t i o n o p t i c st e c h n o l o g y , s p a c eo p t i c s ，o c e a no p t i c s ，n a t i o n a ld e f e n s em i l i t a r y , a e r o s p a c ea n d s oo n t h e p a p e r t h es t u d yo fa u t o m a t e dm e a s u r e m e n ts y s t e mt o w a v ep l a t ep h a s er e t a r d a t i o n ，h a s d e m o n s t r a t e dan e ww a v ep l a t ep h a s er e t a r d a t i o na u t o m a t i cm e a s u r e m e n ts y s t e m ，w h i c hc a n r e a l i z ep r e c i s i o nm e a s u r e m e n t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fo p t i c sp r e c i s i o ni n s t r u m e n t l a s e ra n dp o l a r i z e dl i g h tt e c h n o l o g y , t h e r e q u e s tt ot h ew a v ep l a t e sp r e c i s i o ni si n c r e a s i n g l yh i g h , a n dt h ew a v ep l a t e sd e t e c t o rs e ti ss u p p o s e d t oh a v e t h eh i g hs u r v e yr e s o l u t i o na n d1 1 i g hs u r v e yr e p r o d u c i b i l i t y p h a s er e t a r d a t i o ni so n eo f t h ee x 打e m e l yi m p o r t a n t n a t u r e st ow a v ep l a t e ，a n di th a st h ed i r e c to ri n d i r e c ti n f l u e n c e so no p t i c sp r e c i s i o ni n s t r u m e n tq u a l i t y , t h e l a s e rp o l a r i z a t i o nc o n d i t i o na n dt h eo p t i c a lc o m m u n i c a t i o ne f f e c t w a v ep l a t e sp h a s er e t a r d a t i o ni sr e l a t e dt o w a v ep l a t et h i c k n e s s ，s t r e s sb i r e f r a c t i o n , a m b i e n tt e m p e r a t u r ea n ds oo n , t h u st os u r v e yt h ew a v ep l a t e sp h a s e r e t a r d a t i o np r e c i s e l yi se x t r e m e l yv a l u a b l e r e f e rt os o m er e f e r e n c el i t e r a t u r e , w ef i n d t h a ti nm a n yw a v ep l a t em e a s u r e m e n tt e c h n i q u e s ，t h e i n s t r u m e n to n l yi sp a u s e si nt h el a b o r a t o r yi n s t r u m e n tc o n d i t i o n w ea l s of i n dt h a tm o s to fa c t u a ls u r v e y sa r e o p e r a t e db ym a n u a lo p e r a t i o n , a n dt h a tt h e ya l s oh a v eo p e r a t i o nd i f f i c u l tc o m p l e x , l o n g e r t e a tc y c l ea n dl o w e r r e p r o d u c i b i l i t y , a sar e s u l td on o ts u i tt h eb a t c he x a m i n a t i o n t h e r e f o r e , i ti sn e c e s s a r yt os t u d yan e w m e a s u r e m e n tm e t h o d ，a n dt ob u i l daa u t o m a t i c ，c o n v e n i e n t , q u i c kw a v ep l a t ep r e c i s i o nm e a s u r i n gs y s t e m s b a s i n go np a s tr e s e a r c h ，t h ep a p e rh a se s t a b l i s h e dan e ww a v ep l a t ep h a s er e t a r d a t i o n a u t o m a t i cm e a s u r e m e n ts y s t e m ，u s e dt h el e a s ts q u a r e sm e t h o dt om i n i m i z et h er a n d o m i z e de r r o r , a n dt h u sr e a l i z e dt h ew a v ep l a t ep h a s er e t a r d a t i o np r e c i s i o nm e a s u r e m e n t t h ep a p e rd i v i d e sf i v e c h a p t e r s ：i nt h ef i r s tc h a p t e ri n t r o d u c t i o n , t h ed e v e l o p m e n th i s t o r ya n dp r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no fp h a s e r e t a r d a t i o n sm e a s u r e m e n ta r ei n t r o d u c e d t h ec o n t e n t ，p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo f t h i sp a p e ra r e a l s or e c i t e d t h es e c o n dc h a p t e rm a i n l yi n t r o d u c e sb a s i ct h e o r yo fw a v ep l a t es u r v e y s f i r s t l yt h e p o l a r i z a t i o na n dt h ep o l a r i z e dl i g h tk n o w l e d g ea r ei n t r o d u c e d ，a n df o u rm a t h e m a t i c se x p r e s s i o n m e t h o d sf o rt h ep o l a r i z e dl i g h ta r ed e s c r i b e d t h e nt h ee l e m e n t a r yk n o w l e d g eo fw a v ep l a t ei s i n t r o d u c e di nd e t a i l ，c h i e f l yi n c l u d e ss o m ee s s e n t i a lp r o p e r t i e so ft h eu n i tw a v ep l a t e f i n a l l y m a l u sl a wa n dt h ep o l a r i z e dl i g h ti n t e r f e r e n c ea r ei n t r o d u c e d a b s t ra c t第2 页 t h et h i r dc h a p t e rm a i n l yi n t r o d u c e ss e v e r a lk i n d so ft y p i c a lp h a s er e t a r d a t i o nm e a s u r e m 锄t p l a n ，i n c l u d i n g ：a d v a n c e dp o l a r i z e dl i g h ti n t e r f e r e n c em e t h o d ，f o u r s t e pp h a s es h i f t i n gm e t h o d ， 1 4w a v ep l a t em e t h o d ( s e n a m o n tm e t h o d ) ，p a i ro f1 1 4w a v ep l a t em e t h o d ( t a r d ym e t h o d ) a l l t h e s ep l a n sp r i n c i p l e ，e r r o rs o u r c ea n dc h a r a c t e r i s t i c 孤d i s c u s s e d t h ef o u r t hc h a p t e rm a i n l yi n t r o d u c e san e wd e s i g no fi n t e l l i g e n tm e a s u r e m e n ts y s t e mt o m e a s u r et h ep h a s er e t a r d a t i o no fw a v ep l a t e s ，w h i c hc o n s i s t so ft h eo p t i c m e c h a n i c a lp a r t s ，t h e e l e c t r i c a lc i r c u i t sa n dt h ec o m p u t e rs o f t w a r e t h es u r v e yp r i n c i p l eo ft h em e a s u r e m e n ts y s t e mi s i n t r o d u c e da n ds c h e m a t i cd i a g r a mi sd r e w t h ep a p e rh a sg i v e no u tt h er i g o r o u sc o n v e y e de r r o r s o fe l e m e n t sb yu s i n gm u e l l e rm a t r i xa n ds t o k e sv e c t o rt h e o r y ，a n dt h e ng i v e no u tt h a tt h e u n c e r t a i n t yi nt h en e w m e t h o dw a sa b o u t 士0 7 0 。 i nt h ef i f t hc h a p t e r , t h ee x p e r i m e n tb a s e do nt h en e wt h e o r yi sc a r d e do na n dt h et e s tr e s u l t a n a l y s i si sg i v e n f i r s t l yt h ep a t ho f r a y so f t h ea d j u s t m e n tm e t h o d ，t h ec h o i c eo f v a r i o u sp a r t s ， a n ds p e c i a lo p e r a t i o n sa r ed e s c r i b e di nd e t a i l t h e n ，u s i n gt h en e wm e a s u r e m e n ts y s t e m ，1 4 w a v ep l a t e sf o r6 3 2 8 n ma n d6 5 0 n ma r et e s t e ds e p a r a t e l y , a n dt h et e s td a t aa r el i s t e d ，a f t e rt h a t t h ec o r r e s p o n d i n ga n a l y s i sa n dp r o c e s s i n gt ot h ed a t aa r eg i v e n a tl a s t ，t h et e s tr e s u l th a sb e e n d i s c u s s e di nt h ep a p e r , a tt h es a m et i m et h ec a p a b i l i t yo ft h en e ws y s t e md i s c e r n i n gt h u st w o k i n d so fw a v ep l a t e sh a sb e e nc o n f i r m e db yt h ee x p e r i m e n t n ei n n o v a t i o no ft h i sp a p e rl i e si n ：a c c o r d i n gt ot h ee x i s t i n gc o n d i t i o no ft h el a b o r a t o r y ，a n a u t o m a t i cm e a s u r e m e n ts y s t e mw h i c hc o n s i s t so ft h eo p t i c - m e c h a n i c a lp a r t s ，t h ee l e c t r i c a l c i r c u i t sa n dt h ec o m p u t e rs o f t w a r e ，i sd e s i g n e d ；t h ec o n v e y e de r r o r so fe l e m e n t sh a v eb e e n s t u d i e d ，a n dt h er e d u c e ds y s t e me r r o rh a sb e e nr e a l i z e db ys e l e c t i n gp r o p e re l e m e n t sa n d o p e r a t i o ns t e p s ；t h er a n d o m i z e de r r o rh a sb e e nm i n i m i z e db yt h el e a s ts q u a r e sm e t h o di nd a t a a n a l y s i s t h et h e o r e t i c a la n a l y s i so fe r r o rc o n f i r m e dt h a tt h eu n c e r t a i n t yo f t h en e wm e t h o dw a s a b o u t 0 7 0 ；t h ee x p e r i m e n ti nw h i c h1 4w a v ep l a t e sf o r6 3 2 8 n ma n d6 5 0 n ma r et e s t e d s e p a r a t e l y ，h a sp r o v e dt h en e ws y s t e m sh i g hm e a s u r i n ga c c u r a c ya n du s a b i l i t y k e yw o r d s ：o p t i c a lm e a s u r e m e n t ；p o l a r i z a t i o no p t i c s ；p h a s er e t a r d a t i o n ；m u e l l e r m a t r i x ；w a v ep l a t e s ；t h el e a s ts q u a r e sm e t h o d 曲阜师范大学博士硕士学位论文原创性说明 本人郑重声明：此处所提交的硕士论文波片延迟量自动化测量系统 的研究，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读硕士学位期间 独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已 经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中已明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本 人承担。 作者签名： 赵乙殳 日期：泓功萝f 曲阜师范大学博士硕士学位论文使用授权书 波片延迟量自动化测量系统的研究系本人在曲阜师范大学攻读硕 士学位期间，在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果 归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发 表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被 查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段 保存论文，可以公开发表论文的全部或部分内容。 作者签名：垄也殳 导师签名： 日期：7 , o z , g 多 日期：聊多 第一章绪论第1 页 第一章绪论 从上世纪6 0 年代起，随着激光、光导纤维的相继问世，偏光技术得到了飞速发展， 它已成为光学测量、计量、和光信息处理中的一种专门化手段，并在相干测量、光调制、 外差探测、薄膜参数测量、生物细胞荧光测量、图像识别等许多部门得到广泛应用n 州。 在光学偏振和晶体光学领域中，特别是在偏光器件的应用中，波片( 又称光学相位延 迟器) 是光学调制系统中的重要器件，它能对某一特定波长的入射偏振光产生确定的相位 变化，从而改变光的偏振态。常用的有；i , 4 相位延迟器和a 2 相位延迟器，其和偏光器件 相配合，可以实现各种偏振态之间的相互转换、偏振面的旋转以及各类偏振光的调制睁1 2 1 。 如旯4 波片( 产生9 0 的相位延迟) 常用来将线偏光转换成圆偏振光或椭圆偏振光，亦或将 椭圆偏振光转换成线偏振光；1 , 2 波片( 产生18 0 的相位延迟) 可以将线偏振光的偏振面旋 转，常用作偏振旋转予，所以它们具有较高的应用价值及较宽的应用领域。事实上，几乎 所有应用偏光技术的地方都离不开光相位延迟器。由于其特殊的性质，被广泛应用于光弹 力学、生物医学、光学精密测量等领域中n 引。 资料检索显示，测量波片的相位延迟量的方法主要有：相位补偿法、光谱测量法、偏 振调制法、光学差拍法、莫尔偏折法等。虽然波片测量的基本原理不复杂，但如果要精确 测量却有相当的难度，不仅在原理方法上需要提高，测量时对光学器件的精度要求也很高。 在波片测量过程中，大多仪器仅是停留在实验室仪器状态，实际测量中主要以手工操作为 主，操作困难复杂，测试周期较长，复现性不高，不适合批量检测。因此，有必要研究具 有自动、方便、快捷等特点的波片精确测量系统。 本文主要的研究内容是：回顾了测量波片光相位延迟的常用方法，并比较了它们的优 缺点。借助米勒矩阵理论和斯托克斯矢量理论，分析了四步移项法波片测量原理中的误差 传递、不确定度，提出了改进方案。对新方案的系统误差、随机误差和不确定度进行了严 格的数学推导。新方案是集光、机、电、算于一体化的测量系统，为了检验它的测量精度 和实用性我们对其进行了试验研究：对比测量了6 3 2 8 n m 和6 5 0 h m 两种相位延迟量相差很 小的四分之一波片( 它们的相位延迟差小于3 。) 。试验证明新方法能很好的区分这两类波 片，同时也说明新方法有很好的实用性。文章还对试验中遇到的一些问题和试验结果进行 了分析，并提出了进一步提高测量精度的方法。 本文主要的研究目的是：确定移项法波片测量原理中的误差传递及其特点，找出改进 方案，提高波片光相位延迟量测量正确度。 本文主要的研意义的是：随着光学精密仪器、激光和偏光技术的发展，对波片精度要 求愈来愈高，这要求波片的检测装置既要有较高的测量分辨率，又要有较强的实用性和高 的测量复现性。因而寻求测量不确定度小、实用性强的波片延迟量测量方法，是十分有价 值的。 一一篓三童整竺型墨墼墨壁垫堡 一兰坚垦 _ _ - _ - - - _ - 一一 第二章波片的基础知识 随着激光和光通信技术的发展，偏光技术和偏光器件得到了飞速的发展。在短短的数 十年中，国际上通用的激光偏光器件就由几种发展到几十种，且有不少专用激光偏光器件 问世。波片足偏振技术应用中非常重要的晶体偏振器件，广泛应用于光纤通信、光弹力学、 光学精密测量等领域中。它作为相位延迟器能够改变偏振光的状态，从而获得所要求的偏 振光，或者与偏振器件组合，用于检验各种光的偏振态。随着集成光学和光纤传输技术的 发展，偏光技术已成为光学检测、光学计量、光信息处理中的一种专门化手段，在与光学 技术相关的各个领域中都得到了广泛应用，而对于波片的测量研究，近些年来发展迅速， 成为偏振技术领域中一个新的研究热点。 2 。1 偏振光概述 光是- 种电磁波，电磁波是一种振动方向与传播方向垂直的横波，电振动矢量和磁振 动矢量相伴而行，两矢量的振动方向垂直。由于各种光学作用与电振动相关，因此一般用 电矢量代表光波，通常称单一频率的光为单色光，它的电振动矢量可以分解为互相垂直的 两个分量，如果取出其中的一个分量，就形成了偏振，即把振动方向对于传播方向的不对 称性称为偏振，把具有偏振性质的光称为偏振光，其光矢量的方向和大小有规则变化。 2 1 1 光波的五种偏振态 横波的特点是在于其传播方向垂直的平面内，存在各种 振动状态，称为偏振态。光的横波性同样也表现为振动的不 对称性，称为光波的偏振态。光波的偏振态通常分为自然 光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。 光波是光源中大量原子或分子发出的，在普通光源( 如 太阳、电灯等) 中，各原子或分子所发出的光波不仅初位相 彼此无关联，它们的振动方向也是杂乱无章的。因此，从宏 观上看，入射光中包含了所有方向的横振动，而平均说来他 人a 夕 ! 图2 1 自然光图示 们对于光的传播方向成轴对称分布，若迎着光线看，则在各个方向上具有均等的振幅，这 种无序的统计对称的光波称为自然光。从普通光源发出的光就是自然光，如图2 1 所示。 若光在传播过程中，其振动方向始终保持在包含光线的同一平面内，则称为线偏振光 或平面偏振光。光矢量与光的传播方向组成的平面称为线偏振光的振动面。线偏振光通常 用图2 2 表示，箭头表示振动方向与图面平行，黑点表示振动方向与图面垂直。 有时光波虽然包括一切可能方向的振动，但不同方向上的振幅不同，在某一方向上的 振幅最大，而在与之正交的方向上的振幅最小，这种光称部分偏振光。如图2 3 所示。 第二章波片测量的基础知识 第3 页 q ) 向 传播方向 _ _ 卜_ 卜争 泐 图2 2 线偏振光图 厂l 小 幻忪 莎 图2 3 部分偏振光图示 对自然光，若把所有方向上的光振动都投影到互相垂直的两个方向上，则在这两个方 向上的平均振幅应相等。所以自然光可分解为两个强度相等、振动方向正交的线偏振光。 但应注意，自然光的上述两种成分之间没有固定的位相关系，因为它们来源于大量的独立 发光原子，所以这两种成分不能合成一个单独的矢量。同理，部分偏振光也可以用振幅不 等、振动方向正交、位相无关联的两个线偏振光来代替。 为定量描述偏振光，常引入偏振度这一概念，若某光束的最大振幅和最小振幅对应得 光强分别为k 和k ，偏振度用p 代表，则 ， 一， p = 竺堕也 r 911 、 l 积+ l j n 一一7 若k = 0 ，相当于线偏振光， p = l ，偏振度越大；若k = k ， 其偏振度为零，即为自然光；当 0 k i 的称多级波片。 由于o ，p 光在波片中的传播速度不同，常把波片的两个光学主轴称为快轴和慢轴。对 于正晶体， n o ，1 ，。 0 时线偏 振光在o ， y ) 坐标系的一、三象限；9 0 时线偏振光在g ，y ) 坐标系的二、四象限。如果 要求检偏器转动达到消光的转角小于或等于9 0 。，那么检偏器逆时针转动位相差 9 = 9 y 一怯为正，顺时针转动，位相差9 = 哆一依为负，所测位相差角恒在万之间，此 时试件双折射光程差的波长整数级不考虑。 误差来源：器件的非标准误差( 实际中使用的器件并非理想的线偏器和理想的四分之一波 片) 、角度定位误差( 步进电机的步距的细微程度是有限的) 、探测器的灵敏度和非线性响应。 本测量方法的特点是： l 、测量精度高。 2 、无须测量出射光强与光路中各光学元件的透过率。 3 、测量前需先确定待测器件的快轴或慢轴方向。 4 、 由于需要测量极小值，对探测器灵敏度的要求极高。 3 4 双四分之一波片法( t a r d ym e t h o d ) 矧 l ； k i i i j ： ： r i： ： ： ： p lw l t w 2p 2 图3 4 双四分之一波片法测量原理图 卜激光光源p l x 方向起偏器w l 方位角为4 5 0 的入4 云母波片 w 厂方位角为- 4 5 0 的入4 云母波片p 广方位角可调检偏器t - 待测样品 d - - 光电探测器 测量步骤如下： 第三章几种典型的光相位延迟测量方案 第1 5 页 1 、取走两a 4 波片( 或使其主轴转至与起偏器方向一致) ，使起偏器、检偏器正交， 试件内将同时出现等倾线和等色线。转动试件( 或一起转动起偏器、检偏器并使之保持正 交) ，使等倾线通过试件中的被测点。 2 、加入两) 1 , 4 波片，并使其主轴与起偏器成4 5 0 ，两兄4 波片快轴方向一般正交放置， 这时试件内的等倾线消失，试件的主方向位于允，4 波片快慢轴的平分线上，视场变亮。 3 、单独转动检偏器，使试件中的被测点变暗。 下面用矩阵法描述其工作原理。可以证明：两个正交的a 4 波片夹着一个被测双折射器， 被测双折射的快方向位于a 4 波片快慢方向平分线上，它的双折射位相差为妒，则三者等 效为一个旋光器，旋光角为缈2 。 ” 去 二，- i 7 ip ：p 三詈l 击 ：i = l 一：耄。三三三：l = 足叩，2 ， c 3 4 2 ， 这样一来，原来与起偏器正交的检偏器，只要逆时针转动一个角= 妒2 ，则可使 视场重新消光。现在计算一下可测量双折射光程差6 的精度，对6 取微分( 注意6 = 以3 6 0 。 的关系) ： ( 布) = ( 硼) 。a 1 8 0 。 ( 3 4 3 ) 如果硼挎= o 5 ，那么光程差可达3 6 0 分之一波长，我们知道干涉计量的精度通常取 a 2 0 ，而补偿法精度很容易就可以达到与之相比高一个数量级的精度，这个结论对单允4 波片法同样适用。 误差来源：器件的非标准误差( 实际中使用的器件并非理想的线偏器和理想的四分之一 波片) 、角度定位误差( 步进电机的步距的细微程度是有限的) 、探测器的灵敏度和非线性响 应。 本测量方法的特点是： l 、测量精度高。 2 、无须测量出射光强与光路中各光学元件的透过率。 3 、测量前需先确定待测器件的快轴或慢轴方向。 4 、由于需要测量极小值，对探测器灵敏度的要求极高。 第四章波片延迟量自动化测量系统的研究 第1 6 页 第四章波片延迟量自动化测量系统的研究 移相法测量波片延迟量系统中所使用的偏光器件在制造和安装过程中，都不可避免的 存在误差，这些误差都将不同程度的影响系统测量结果的不确定度。检索表明前人尚未对 这些传递误差与测量不确定度的函数关系做出严格推导，更未得出规律性认识。 本章对移相式测量方法进行了光机电算一体化设计，并利用米勒矩阵和斯托克斯矢量 对传递误差进行了定量研究，得出了传递误差与测量不确定度的函数关系，找出了提高系 统测量精度的关键因素，使系统的不确定度减小至0 7 0 。另外，利用最小二乘算法对数 据进行了分析，从而减d , t 随机误差的影响