波片相位延迟量的智能化测量技术再研究.pdf

曲阜师范大学 硕士学位论文 波片相位延迟量的智能化测量技术再研究 姓名：王静 申请学位级别：硕士 专业：光学 指导教师：宋连科 20070401 摘要第1 页 摘要 在偏振光学和晶体光学领域中，波片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。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。 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的其性，都是要求待测波 片光轴满足一定的角度条件，这给波片的实际使用和测量带来了一定的难 度。同时，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，测量有时也仅限于某一种波片， 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。 为改变这种状况，本论文在认真分析前人研究成果的基础上，研究了波 片相位延迟量精确测量的实现方法，建立了波片相位延迟量自动测量系统。 全文共分五章： 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，分别介绍了单元型波片和复合波片的一些主要性质。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 摘要第2 页 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 ) 。详细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、算为一体的光相位信息智能 化测量系统。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， 之后详细描述了此测量系统中光路的调整方法和各部件的选择，并叙述了设 计的系统软件主菜单中各项的功能，说明了测量时程序的流程。 第五章主要利用新系统进行了实验测试研究，给出了测试结果和误差分 析。利用新搭建的光相位信息智能化测量系统，分别测量了：t 4 波片和1 2 波片，列出了测量的数据结果，并对数据进行了相应的分析和处理。定性分 析了测量系统的误差来源以及减小误差的方法。系统的误差主要来源于光源 输出功率的飘移、各偏振元器件方位角的设置误差、偏光器件消光比的影响 及杂散背景光的影响等，另外，测量时温度的浮动、气流的波动、振动以及 人为因素等都将引入误差。实验结果表明本系统在测量位相延迟时的误差不 超过0 5 。 本论文的主要创新点是：研究分析并提出本文波片精确测量所用的原理 和方法，该方法不但有效避免了测试前需准确判定待测波片光轴方位的条件 而且测量精度高，具有一般性，可测量多种波片；根据实验室现有条件，编 制相应的波片测量软件程序，设计与建立了光、机、电、算相结合的自动化 测量系统。 关键词：偏振光学；光学测量；智能化；波片；相位延迟 a b s t r a c t第1 页 a b s 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 l o p t i c s ，p h a s er e t a r d e r sa r e i m p o r t a n to p t i c a lc 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 f tb e t w e e no r t h o g o n a la n d l i n e a r l yp o l a r i z e dc o m p o n e n t so 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 r p o l a r i m e t r i ce l e m e n t s ，t h e yc a l lr e a l i z em 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 f p 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 l p l a c e s t h a ti 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 y c o u l d n tb eo f ft h e ：p h a s er e t a r d e r a sar e s u l to fi t ss p e c i a lq u a l i t y ，i t sw i d e l y a p p l i e di nd o m a i n ss u c ha sp h o t o e l a s t i cm e c h a n i c s ，b i o m e d i c i n ea n do p t i c s p r e c i s i o nm e a s u r e m e n t a n ds oo n 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 s p r e c i s i o ni n s t r u m e n t ，t h el a s e ra n dt h ep o l a r i z e dl i g h tt e c h n o l o g y ，t h er e q u e s tt o t h ew a v ep l a t e sp r e c t s i o ni si n c r e a s i n g l yh i g h ，t h ew a v ep l a t e sd e t e c t o rs e tt ob e s u p p o s e dt oh a v et h eh i g hs u r v e yr e s o l u t i o na n d ：h 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 ft h ee x t r e m e l yi m p o r t a n tn a t u r e st ow a v ep l a t e ，w i l l h a v et h ed i r e c to ri n d i r e c ti n f l u e n c e s0 1 1o 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 s p h a s e r e t a r d a t i o nw i t hw a v e p 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 t t e m p e r a t u r ea n ds oo i lm a n yf a c t o r sr e l a t e d ，t h u sb ys u r v e yt h ew a v ep l a t e s p h a s er e t a r d a t i o nt oa p p r a i s ei t sq u a l i t yw i l lb ee 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 dm a n yw a v ep l a t em e a s u r e m e n t t e c h n i q u e sc u r r e n t l yh a v eag e n e r a lc h a r a c t e rw h i c hi sr e q u e s t e dt h ew a v ep l a t e s o p t i c a la x i ss a t i s f i e sc e r t a i na n g l e ，t h i sh a sb r o u g h tc e r t a i nd i f f i c u l t yf o rt h ew a v e p l a t ea c t u a lu s ea n dt h es u r v e y a tt h es a m et i m e ，i nt h ew a v ep l a t es u r v e y p r o c e s s ，m o s t l yt h ei 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 t c o n d i t i o n ，i na c t u a ls u r v e ym a i n l yb ym a n u a lo p e r a t i o np r i m a r i l y ，o p e r a t i o n d i f f i c u l tc o m p l e x ，s o m e t i m e st h es u r v e ya l s oo n l yi sr e s t r i c t e di ns o m ek i n do f w a v ep l a t ea n dh a st h el o n g e rt e s tc y c l ea n dl o w e rr e p r o d u c i b i l i t yw h i c hd o e sn o t s u i tt h eb a t c he x g ，i n 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 yh a sa u t o m a t i c a l l y ， a b s t r a c t 第2 页 c o n v e n i 。e n t ，q u i c k l ya n ds oo nt h ec h a r a c t e r i s t i cw a v ep l a t ep r e c i s i o nm e a s u r i n g s y s t e m s i no r d e rt oc h a n g et h i sk i n do fc o n d i t i o n ，b a s i n go np a s tr e s e a r c h ，t h ep a p e r h a ss t u d i 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 i n gr e a l i z a t i o n m e t h o d ，a n dh a s e s t a b l i s h e dt h ew a v ep l a t e p h a s e r e t a r d a t i o na u t o m a t i c m e a s u r e m e n ts y s t e m t h ep a p e rd i v i d e sf i v ec h a p t e r s ： i n 【t 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 h s i t u a t i o no fp h a s er e t a r d a t i o n sm e a s u r e m e n ta r e ：i n t r o d u c e d t h ec o n t e n t ，p u r p o s e a n ds i g n i f i c a n c eo ft h i sp a p e ra r ea 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 ep 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 e a r ei n t r o d u c e d ，a n df o u r m a t h e m a t i c se x p r e s s i o nm 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 e e 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 si n t r o d u c e d i nd e t a i l ，c h i e f l yi n c l u d e s s 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 ta n dc o m p o u n dw a v ep l a t e f i n a l l ym a l u s l a w a 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 t h et h i r d c h a p t e rm a i n l y i 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 l ：p h a s e r e t a r d a t i o nm e a s u r e m e n tp 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 e m 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 t ：m e t h o d ) ，p a i ro f 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 lt h e s ep l a n s ：p r i n c i p l e ，e r r o rs o u r c ea n d c h a r a c t e r i s t i ca r ed 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 y i n t r o d u c e san e wd e s i g no f i n t e l l i g e n t m e a s u r e m e n ts y s t e mt om 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 h c 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 lc i r c u i t sa n dt h ec o m p u t e r s o f t w a r e f i r s t l yt 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 si n t r o d u c e d a n ds c h e m a t i cd i a g r a mi sd r e w ，a f t e r w a r d st h ep a t ho fr a y so ft h ea d j u s t m e n t m e t h o da n dt h ec h o i c eo fv a r i o u sp a r t sa r ed e s c r i b e di nd e t a i l ，t h e ne a c hf u n c t i o n o ft h em a i nm e n ui nt h ed e s i g n e ds y s t e ms o f t w a r ea r en a r r a t e da n dt h es u r v e y p r o c e d u r ef l o w i se x p l a i n e d a b s t r a c t第3 页 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 tt e s tb a s e do nt h en e ws y s t e mi sc a r d e d o na n dt h et e s tr e s u l ta n dt h ee r r o ra n a l y s i sa r eg i v e n b yu s i n gt h en e w m e a s u r e m e n ts y s t e m ，1 4w a v ep l a t ea n d1 2w a v ep l a t ea r et e s t e ds e p a r a t e l y ，a n d t h et e s td a t aa r el i s t e d ，a f t e rt h a tt 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 e d a t aa r eg i v e n t h ee r r o rs o u r c e so ft h es y s t e ma n dt h em e t h o dt or e d u c e e l t o n e o u sa r eg i v e n t h es y s t e me r r o n e o u sm a i no r i g i ni np h o t o s o u r c eo u t p u t d r i f t s , v a r i o u sd e v i c ea z i m u t he r r o r ，t h ei n f l u e n c eo fp o l a r i s e re x t i n c t i o nr a t i oa n d t h es t r a yb a c k g r o u n dl i g h ti n f l u e n c ea n ds oo n ，m o r e o v e r ，t h et e m p e r a t u r e f l u c t u a t i o n ，t h ea i rc u r r e n tu n d u l a t i o n ，t h ev i b r a t i o na sw e l la st h eh u m a n f a c t o r a n ds oo nw i l la 1 1i n t r o d u c et h ee r r o r t h em e a s u r e m e n tr e s u l ti n d i c a t e st h a tt i l e m e a s u r e m e n te r r o rr a t eb e l o wo 5p e r c e n t t h ei n n o v a t i o no ft h i sp a p e rl i e si n ：an o v e lm e t h o di sp r o p o s e dt om e a s n r e t 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 ，t h i sm e t h o de f f e c t i v e l ya v o i dn e e d i n gt o d e t e r m i n et h eo p t i c a la x i so ft h ew a v ep l a t et ob et e s t e d ，m o r e o v e rt h em e a s u r i n g a c c u r a c yt ob eh i g ha n dh a st h eg e n e r a l i t y ，i tc a l lb eu s e dt om e a s u r e m a n y k i n d so fw a v ep l a t e s ；n e x t ，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 na u t o m a t i cm e a s u r e m e n ts y s t e mi sd e s i g n e da n de s t a b l i s h e dt h a tc o n s i s t so f t h e o 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 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 k e yw o r a s ：p o l a r i z a t i o no p t i c s ；o p t i c a lm e a s u r e m e n t ；i n t e l l i g e n t i z e d ；w a v e p l a t e ；p h a s er e t a r d a t i o n 第一章绪论 第l 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【1 1 j 。 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2 4 相位 延迟器和五，2 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、偏振而的旋转以及各类偏振光的调制f 8 。1 2 1 。如2 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；2 2 波片( 产生1 8 0 。的相位延迟) 可以将线偏振光的偏振 面旋转，常用作偏振旋转子，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 1 3 - i s 。 近年来，随着电子技术、激光技术以及计算机控制技术的迅猛发展，光 学测量的技术与手段发生了质的变化。如通过引入光电技术、数字显示、自 动记录、自动测量和软件工程等先进技术，极大地提高了光学测量的精度和 效率，为光学精密测量技术开辟了广阔的发展前景。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，波片相位的测量据资料始于上世纪6 0 年代中期，国内 研究开始于8 0 年代末9 0 年代初，在近十几年中得到了蓬勃迅速的发展。当 第一章绪论第2 页 前国内外关于光相位延迟测量主要循着两条不同途径：一种是直接测量法， 它是根据对介质折射率和几何尺寸的单独测量数据，依据理论计算得出相应 结果，此方法十分繁琐，测试设备复杂，现在较少被采用；另一种是自j 接测 量法，它是利用偏光干涉中的器件方位角与出射光强关系来测量，间接推出 其延迟量。这种方法主要有：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。 早期的测量手段主要采用消光偏振测量术。消光测量法的关键是准确判 断消光点的位置，而判断消光位置误差通常较大，为了提高精度和实现自动 化测量，可用电光调制器或磁光调制器对光束进行交流调制，以便快速精确 找到消光位置。该方法的缺点是冗长繁琐，且目视误差较大。 后来人们完全放弃消光法而使用光度测量法，其优点是无需判断消光位 置。光度型偏振测量法可分为静态光度法和动态光度法。前者根据各元件预 期的固定位置处记录下来的光强信号推导出有关信息，后者则是让其中一个 或几个参量随时间作周期变化，并通过傅立叶分析或相敏检测手段获得所需 信息。 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。在高精 度波片测量中，测量方法的共性都是要求待测波片光轴满足一定的角度条 件，这给波片的实际测量带来了一定的难度，面临光轴定位、消光点判断等 技术难点。同时，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，测量有时也仅限于某一种 波片，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。 本论文着重针对波片精密测量中存在的缺点和不足，研究寻找能够适应 波片快捷测量的智能化测量控制技术。在建立波片测量装置时，考虑到仪器 的实用性和产品可能性，同时根据单位内实际情况及在光学系统、材料、干 涉测试等方面的研究技术积累，将重点放在对测量新算法、如何提高测量精 度及测试系统的自动化、智能化等方面的研究上；针对波片测量时，光轴定 第一章绪论第3 页 位较难的特点，研究适合在波片光轴方位未知情况下的测量模型，设计出精 确测量波片的方法，简化测量环节。 主要的研究工作为：结合已有的波片测量原理，分析了几种典型的波片 相位延迟测量方案，研究分析波片相位延迟角的精确测量原理和可行的方 法。以此为基础，从测量可行性和便捷性入手，经优选后，设计了一套波片 相位信息智能化测试系统，并编制了一套实现自动测量与数据处理的软件。 我们详细描述了该系统中各部件的选择、光路的调整方法，叙述了我们设计 的系统软件主菜单中各项的功能，说了进行测量时程序的流程。最后我们定 性分析了测量系统的误差来源以及减小误差的方法。并通过具体实验，最终 得出适合于波片的简捷、高精度测量原理和最佳的测量方法。 第二章波片测量的基础知识第4 页 第二章波片测量的基础知识 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。波片是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 偏振和偏振光概述 光是一种电磁波，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。 从1 9 世纪初期直到现在，人们一直在了解、研究偏振光的性质，并且 把它应用于各个领域。例如，很久以前人们利用偏振光分析物质内部产生的 应力，形成了光弹性学；偏振光在物理学、化学和工程学领域中，作为主要的 测量手段起到了重要的作用，例如为了研究物质的表面状态，把偏振光作为 入射光，然后分析它的反射光，由此可获得很多信息，通过透射光也可以推 测物质内部分子的排列和取向。偏振光技术可作为c d 唱片等高密度载体的 信息读出及检索手段，可作为计算机r o m 加以利用，而且能与高密度的i c 存储器相匹敌。在光通信中，偏振光由于其抗干扰性能而被广泛应用，波片 作为基本的光通信元件，和偏振分光棱镜一起可组成光隔离器，零级波片在 梳状滤波器、环行器中有重要的应用。 第二章波片测量的基础知识 第5 页 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。 、 。、 。 7 、 ， 图2 1 自然光图示 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。 向 传播方向 t 图2 2 线偏振光图示 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，在某一方向上酌振幅最大， 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。 图2 3 部分偏撮光图示 第二章波”测量的肇础知识 第6 页 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，t 。和，。，偏振度用p 代表，则 ， 一， p = 卫生_ 二堂 佗1 1 、 j 。+ 。n 、7 若，。i 。= 0 ，相当于线偏振光，p = 1 ，偏振度越大；若，一= j 而，其偏振度 为零，即为自然光；当0 ，。 i 的称多级波片。 由于o ，e 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，胛。 n o ，v ， 0 时线偏振光在o ，y ) 坐标系的一、三象限；妒 o 时线偏振光在( ，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 4 ， 那么检偏器逆时针转动位相差妒= 仇一致为正，顺时针转动，位相差 妒= 妒，一致为负，所测位相差角恒在万之问，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： 1 、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。 哪 i 暑 坚压 喀 i i 妒一2 拉2 | 宝 劬 ，硎q 第三章几种典型的光相位延迟测量方案 第2 5 页 3 4 双四分之一波片法( t a r d ym e t h o d ) 堋 p 1w ltw 2 p 2 圈3 , 4 双四分之一波片法测鼍原理图 l 一辙光光源p 1 x 方r h - j 起偏器w 卜一方位角为4 5 0 的 4 云母波片 w 2 一方位角为4 5 0 的x 4 云母波片p 扣方位角可凋检偏器t 一待测样品 口一光电探测器 测量步骤如下： 1 、取走两, t 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