基于馬赫—曾德爾外差干涉儀的光偏振態(tài)測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、1969年，R.Crane將電通訊中的外差技術(shù)應(yīng)用到光干涉測(cè)量領(lǐng)域，形成了一種新型干涉技術(shù)--光外差干涉技術(shù)。光外差干涉技術(shù)將干涉光強(qiáng)信號(hào)以交流的方式進(jìn)行記錄和處理，提高了光電信號(hào)的信噪比，具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)量領(lǐng)域得到了越發(fā)廣泛的應(yīng)用。
　　 光外差干涉橢偏儀，是光外差干涉測(cè)量技術(shù)與橢偏測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它可以快速的測(cè)量光的偏振態(tài)，完成與光偏振特性相關(guān)的眾多參數(shù)的測(cè)量。它基于光的外差干涉原理

2、，采用偏振器件將待測(cè)光束兩正交線偏振分量的振幅和相位差信息體現(xiàn)在兩垂直方向上的干涉光強(qiáng)信號(hào)上，通過分析兩光強(qiáng)信號(hào)中交流成分的振幅和相位差，實(shí)現(xiàn)待測(cè)光束正交偏振分量的振幅和兩分量之間相位差的直接測(cè)量。
　　 本文中我們用基于馬赫-曾德爾（Mach-Zehnder）外差干涉儀的光偏振態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，即MZ外差干涉橢偏儀，對(duì)光束的偏振態(tài)進(jìn)行了精確測(cè)量。討論了基于聲光調(diào)制和塞曼激光輸出的兩種MZ外差干涉橢偏儀的非線性誤差，分析了引入誤差的因

3、素，對(duì)光路中由于激光偏振橢圓化、偏振光學(xué)元件的不完全消偏以及安裝時(shí)可能出現(xiàn)的小角度傾斜引入的誤差進(jìn)行了詳細(xì)的公式推導(dǎo)及數(shù)值模擬。在MZ外差干涉橢偏儀的基礎(chǔ)上，我們搭建了一種基于雙頻雙束參考光的MZ外差干涉橢偏儀。兩束參考光是頻率不同，且偏振互相垂直的線偏振光，分別與待測(cè)光束的兩垂直線偏分量發(fā)生雙頻干涉。通過對(duì)單光電探測(cè)器記錄的干涉光強(qiáng)進(jìn)行傅里葉變換和逆傅里葉變換得到兩偏振方向上的外差干涉信息，進(jìn)而完成待測(cè)光束偏振態(tài)的測(cè)量。
　　

4、 本論文的主要內(nèi)容如下：
　　 第一章對(duì)光外差干涉測(cè)量技術(shù)進(jìn)行簡要介紹。概括性地介紹光外差干涉測(cè)量的原理，發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用，并對(duì)光外差干涉測(cè)量中的關(guān)鍵技術(shù)--光頻調(diào)制技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。
　　 第二章介紹了光的偏振知識(shí)，回顧了光的橢偏方程及光偏振態(tài)的描述方法，總結(jié)了光偏振態(tài)檢測(cè)的常用方法和儀器。我們成功搭建了基于馬赫-曾德爾外差干涉儀的偏振測(cè)量系統(tǒng)--馬赫-曾德爾外差干涉橢偏儀，并對(duì)光的不同偏振態(tài)進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)的外差信號(hào)引

5、入和干涉光強(qiáng)的記錄處理由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制，可快速顯示出待測(cè)光偏振態(tài)的橢偏圖形，測(cè)量的相位差誤差小于0.03弧度。
　　 第三章分析了聲光調(diào)制型和塞曼激光輸出的兩種MZ外差干涉橢偏儀的非線性誤差，推導(dǎo)并數(shù)值模擬了由于激光偏振橢圓化、偏振分光棱鏡的不完全消偏和小角度傾斜所引入的誤差。結(jié)果顯示，非線性誤差因素會(huì)給MZ外差干涉橢偏儀系統(tǒng)帶來納米量級(jí)的測(cè)量誤差；與進(jìn)行納米精度位移測(cè)量的外差干涉儀不同的是，相同非線性誤差參數(shù)影響下的MZ外差干

6、涉橢偏儀測(cè)量誤差還與待測(cè)光束的兩偏振分量的振幅比和相位差有關(guān)。
　　 第四章我們提出了基于雙頻雙束參考光的MZ外差干涉橢偏儀測(cè)量系統(tǒng)。單光電探測(cè)器探測(cè)干涉光強(qiáng)，避免了雙光電探測(cè)器引入的測(cè)量誤差；通過采用傅里葉分析法來獲得不同頻率的外差信號(hào)，有效的避免了干擾信號(hào)帶來的混頻誤差，實(shí)現(xiàn)了光束偏振態(tài)的精確測(cè)量。所得光束偏振態(tài)振幅比的最大測(cè)量誤差小于3％，相位差的最大測(cè)量誤差小于0.04弧度。
　　 第五章對(duì)本論文進(jìn)行總結(jié)，提出進(jìn)