基于偏振光的精密角度测量及传递技术_图文

1、 基于偏振光的精密角度测量及传递技术 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 吴易明， 高立民， 陈良益， WU Yi-ming， GAO Li-min， CHEN Liang-yi 中国科学院,西安光学精密机械研究所,陕西,西安,710119 红外与激光工程 INFRARED AND LASER ENGINEERING 2008，37(3 0次 参考文献(10条 1.YU Dao-yin.TAN Heng-ying Engineering Optics 2006 2.DONG Xiao-na.GAO Li-min.SHEN Xiao-jun Passing azi

2、muth vertically with the technique of magnetooptic modulation 2001(11 3.YIN Chun-yong Photoelectric Precise Instrument Design 1996 4.FAN Ling.SONG Fei-jun Polarization modulated light and model for an azimuthal information transmission system 2007(05 5.ZHENG Hong-zhi.MA Cai-wen.WU Yi-ming Temperatur

3、e adaptability of magnetooptic modulation in a disconnect mechanically azimuth measurement期刊论文-Acta Photonica Sinica 2005(05 6.SMITH A M Polarization and magnetooptic properties of singlemode optical fiber 1978 7.TABOR W J.CHEN F S Electromagnetic propagation though materials possession both faraday

4、 rotation and rirefringence:experiments with ytterbium orthoferrite 1969 8.ULMER E A Jr High accuracy Faraday rotation measurements 1998 9.MENKE P.BOSSELMAN B Temperature compensation inmagnetooptic AC current sensors using an intelligent AC-DC signal evaluation 1995(07 10.WILLIAMS P A.DAY G W.ROSE

5、A H Compensation for temperature dependence of Faraday effect in diamagnetic materials 1991(13 相似文献(10条 1.期刊论文 董晓娜.高立民.申小军.陈良益 利用磁光调制实现方位角垂直传递 -光子学报2001,30(11 本文详述了一种可以实现无机械连接的方位角垂直传递技术,并进行了精度分析.这种方法利用了偏振光的物理特性,从原理上突破了国内瞄准技术的 局限,并采用磁光调制技术提高检测精度.演示装置的对准重复精度达到310. 2.学位论文 董晓娜 方位垂直传递技术的研究 2001 该文介绍了一种新型

6、高精度方位垂直传递技术,该技术利用光的偏振和磁致旋光原理,可以实现两台不在同一水平面上无机械连接设备的方位失调角 的高精度测量和方位角同步.方位角度垂直传递技术是导弹地面发射过程中水平近距全自动瞄准系统中的一项关键技术.该文首先介绍了当今世界武器装 备的发展概况,从而论述了方位角度垂传递技术研究的重要性.其次,详细介绍了实现方位角度竽传递的原理和方案.这是一种基于物理光学原理的新方法 ,它有优点在于同步时间短,抗干扰性强,同时需要的电压低,不会对其他设备产生电磁干扰.第三,该文对根据研制的样机的结构做了介绍,并对样机的检测 精度进行了理论分析.与此同时,还做了大量的实验,根据实验数据对误差进行

7、了分析.最后,该文对研制过程中遇到的问题进行总结,并针对问题提出了一 些改进设想. 3.学位论文 李永安 传统光纤及光子晶体光纤偏振与磁光特性研究 2007 本文介绍了在攻读博士学位期间，所进行的关于传统光纤中偏振及磁旋光效应、光子晶体光纤中偏振及磁旋光效应以及磁光调制等方面的研究工作 。论文的主要内容如下： 1.介绍了传统光纤及光子晶体光纤中偏振特性的研究意义，回顾和介绍了光纤磁旋光特性的研究进展和研究现状，介绍了磁光调制的研究进展和研 究现状。 2.介绍了传统光纤中偏振及磁旋光的研究历史和有关理论，传统光纤中偏振及磁旋光的应用现状和应用前景；从理论上讨论了多模渐变折射率光纤 的偏振问题，并

8、运用传统的消光法，结合温度特性和光谱特性的考查，对多模渐变折射率光纤的偏振效应进行了研究。运用基于磁光调制原理的倍频法 ，并结合利萨如图形方法，对几种可见波段单模阶跃折射率光纤的偏振效应、磁旋光效应做了考查和研究。发现了入射光为小角度快速旋转的线偏光时 ，单模光纤偏振特性的频率补偿效应，并对其进行了初步的讨论。 3.介绍了光子晶体光纤的概念和特性，光子晶体光纤的理论研究的发展，光子晶体光纤的应用现状和应用前景，以及光子晶体光纤中偏振特性的有 关研究工作。运用基于磁光调制原理的倍频法，结合利萨如图形方法，并通过温度特性和光谱特性的考查，对高非线性光子晶体光纤的偏振效应、磁旋 光效应进行了实验研究

9、。在分析高非线性光子晶体光纤及传统单模光纤有关特性的基础上，提出了磁光材料大模场光子晶体光纤的概念。 4.介绍了磁光调制的基本概念，根据磁光调制原理并结合利萨如图形方法，对正弦波、三角波、锯齿波及方波磁光调制进行了计算机模拟，其中特 别就入射光为部分偏振光的正弦波磁光调制的有关特性进行了模拟；在计算机模拟的基础上，对两种典型的磁光调制一正弦波及方波磁光调制进行了实 验研究。根据计算机模拟结果，讨论了正弦波磁光调制的小角度近似问题，得出了小角度近似是正弦波磁光调制的前提，但在正弦波磁光调制用于偏振 角度检测时，可不必严格遵守小角度条件的结论。根据计算机模拟和实验研究的结果，对正弦波及方波磁光调制

10、进行了比较分析，得出了方波磁光调制 具有较大的应用价值和良好的应用前景的结论。在实验中发现了正弦波磁光调制和方波磁光调制的限幅效应，并对其进行了初步的讨论。 5.研究了三种可见波段单模阶跃折射率光纤及高非线性光子晶体光纤作为磁光调制介质的有关特性。讨论了多模渐变折射率光纤、可见波段单模阶 跃折射率光纤及高非线性光子晶体光纤作为磁光调制介质的可能性及优缺点。对磁光调制的限幅效应进行了总体的分析和讨论。 6.对光纤中偏振及旋旋光的理论与技术研究进行了展望，特别对光子晶体光纤中偏振及旋旋光的理论与技术研究进行了展望。对磁光调制的研究方 向及前景作了分析。 4.期刊论文 石志东.包欢欢.柳树.SHI

11、Zhi-dong.BAO Huan-huan.LIU Shu 磁光调制法双折射光纤拍长测试技术研 究 -光电子激光2008,19(3 研究了光纤拍长磁光调制法测试系统中,对于给定的磁隙宽度和磁场强度,起偏方式与检偏方式对拍长测试灵敏度的影响.通过理论分析与实验研究 ,发现有三种测试方式均能得到最大灵敏度:1 入射线偏振光的偏振方向与光纤双折射主轴夹角为0°或90°,同时Wollaston棱镜的两个检偏主轴与保 偏光纤的双折射主轴夹角为45°2 入射线偏振光= 45°,同时=0°或90°3 入射光为圆偏振光,同时=0°或90&

12、#176;.三种情况下的测试灵敏度基 本相等,但是第三种实验方式不需要在入射端精确定位光纤的双折射主轴方向,简化了实验过程,并可避免角度调节所引入的测量误差.理论分析与实验数 据基本一致. 5.学位论文 张浩 磁致旋光-塞曼双频激光器的理论及实验研究 2007 激光外差干涉仪以其测量精度高、抗环境干扰能力强等优点得到了广泛的应用。其中作为光源的双频激光器在整个干涉系统中起着非常重要的作用 。本文提出一种新型中频差双频激光器磁致旋光塞曼双频激光器。根据塞曼效应，使Ne原子在纵向磁场的作用下光谱线发生分裂，产生频率不同 的两个圆偏振光。将磁光材料放置于磁室内并同时放入激光谐振腔中。根据法拉第效应，

13、在谐振腔内当光通过磁光材料时，由于磁光材料相对于左旋和 右旋圆偏振光的折射率不同，从而导致谐振腔内左旋和右旋圆偏振光的谐振腔腔长不同。根据激光谐振腔理论，腔长的微小差异将导致激光输出频率的 不同。这时激光器将输出频差为Av的双频激光。为了提高系统的集成度，本文还讨论了磁性光子晶体应用于磁致旋光塞曼双频激光器的可行性。论文 完成的主要工作如下： (1应用激光谐振腔理论和法拉第效应的宏观理论推导出了输出激光的频差与磁室内磁场、谐振腔腔长的关系公式。结果显示输出频差与腔长成反比 ，而与磁室内磁场成正比。 (2实验研究了激光器塞曼部分的光学输出特性，观察到当纵向磁场大于3mT时输出激光的频率将发生分裂

14、，证实了磁感应强度与频差成正比，与拍 频信号峰峰值成反比。并且发现频差增加的同时，激光纵模个数也在增加。 (3应用磁光调制倍频法测量了Tb20、Tb25玻璃和BGO晶体在632.8nm波长的费尔德常数值和磁光优值。结果表明Tb20材料的磁光性能优于BGO晶体。 应用MagNet软件设计并制作出了磁屏蔽室，测得其泄漏磁场小于1，基本达到设计要求。 (4应用状态方程分析了一维磁性光子晶体的磁光特性，指出选择适当的结构可以使得材料的法拉第旋转角大幅度的增加。同时在中心波长处具有很 高的透射率，而且在很大的入射角范围内，其光学性质基本不发生变化。分析了产生这些现象的原因，即当光波在材料中所形成的驻波波

15、峰正好处于磁 光材料区域时，会获得很强的磁光效应。 (5利用频域有限差分方法(FDFD分析了两种二维磁性光子晶体结构(方形和圆形空气孔结构的模场分布和有效折射率。该种材料的法拉第旋转角较 连续分布的磁光介质有显著增加。但是当光通过这类材料后偏振态发生了变化，随着法拉第旋转角的增加出射光的椭圆率也在增加。分析了产生这一现 象的原因，并通过在材料中心处引入缺陷解决了偏振态变化这一问题。 6.会议论文 李林.张萍.李丹.李小俊 倍频法测量空气的费尔德常数 2008 本实验利用磁光调制倍频法测量空气的费尔德常数，根据法拉第磁致旋光的理论，偏振光在空气中传播受到磁场的作用，偏振面会转过一定角度。 如果利

16、用实验装置测量出这个转过的角度，就可以得到空气的费尔德常数。在利用磁光调制倍频法确定倍频位置时，本实验将接收信号与调制信号进行 合成，通过判断合成利萨如图形的时称性来确定倍频位置；实验装置中采用平行平面镜多次反射增加光程和光杠杆扩大转角的方法来提高测量的精确度 。实验结果表明测试精度超过现有的测量方法。 7.学位论文 杨永江 横向调制线偏振光测量导轨直线度的方法研究 2008 导轨直线度误差直接影响到工件的加工精度,所以导轨直线度误差的测量是工业测量领域里一个非常重要的项目。 目前的各种直线度测量方法中,激光准直测量法由于其实现简单,成本低廉,分辨率高等优点而备受关注。但传统的以光强为基准的测

17、量方法由于容易 受到光束衍射,光强变化、光靶倾斜等情况的影响,其精度并不高。由于偏振光的偏振态不易受到光强、环境等因素的影响,所以本研究室提出了利用线偏 振光测量导轨直线度的方法。但原光是以磁光调制原理进行偏振角调制的,结构复杂,调制效果也不够理想。鉴于此,本文提出了一种简单的,基于偏振干 涉原理的线偏振光横向调制技术,并设计了利用该调制光束进行导轨直线度误差测量的相应方法,为利用偏振光进行导轨直线度的测量提供了一种新的思 路。另外,为了配合直线度的测量,本文还提出了一种基于偏振分光原理的偏振角检测方法。这种方法的最大优点是可以消除光强变化对测量的影响,且较 以往相位检测法等实现起来更加方便。

18、 本文从原理上对两套方法作了深入的理论分析,并进行了大量的方案论证。通过实验对光缝宽度等光学参数进行了确定。文章最后根据实验数据对整 套方法在导轨直线度测量方面的应用效果作了检验及误差分析。实验表明,该方法是一种可行的测量直线度的方法,值得进一步开发和研究。 8.期刊论文 柳树.石志东.包欢欢.LIU Shu.SHI Zhi-dong.BAO Huan-huan 磁光调制法测量高双折射光纤拍长的灵 敏度分析 -上海大学学报（自然科学版）2008,14(6 基于法拉第磁光效应,研究在光纤拍长磁光调制法测试系统中,对于给定的磁隙宽度和磁场强度,起偏方式与检偏方式对拍长测试灵敏度的影响.通过 理论分

19、析发现,除了目前通常采用的线偏振光沿光纤双折射主轴注入结合渥拉斯顿棱镜45°检偏的测试方式之外,另有两种测试方式也可以得到最大灵敏 度,一种是线偏振光45°注入结合渥拉斯顿棱镜沿轴检偏,另一种是圆偏振光注入结合渥拉斯顿棱镜沿轴检偏.最后一种实验方式不需要在入射端精确定位 光纤的双折射主轴方向,能简化实验过程,避免角度调节引入的测量误差. 9.学位论文 汪源源 磁场光学成像中介质磁光特性实验研究 2007 目前，磁光理论获得了相当大的发展。磁光效应在光电子学和光子学方面、计算机和信息处理方面、科学研究方面以及磁场测量等方面的应用很多 ，用于地磁测量的光泵磁力仪的原理就基于磁光效应。为了进一步提高现有地球磁场测量的效率，本课题组提出了一种利用光学成像的方法对地球磁场 进行测量，该方法具有成像能力、三维分辨率、测量速度很高、没有测量盲点的特点。 磁旋光成像地球磁场测量