多光束干涉對波片性能的影響及實(shí)驗(yàn)測試.pdf

1、光相位延遲器，是偏光技術(shù)和激光技術(shù)領(lǐng)域中極為重要的光學(xué)器件，也是最基本的光相位調(diào)制器。它能使透過它的振動(dòng)方向相互垂直的兩束光波彼此之間產(chǎn)生一定的相位差，故稱光相位延遲器。常用的有λ/4相位延遲器和λ/2相位延遲器。光相位延遲器同其他偏光器件相配合，可以實(shí)現(xiàn)光的各種偏振態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換、偏振面的旋轉(zhuǎn)以及各類光波的調(diào)制?？梢哉f幾乎所有應(yīng)用偏光技術(shù)的地方都離不開光相位延遲器。 常規(guī)的相位延遲器，其延遲量都是對某一波長而言的，當(dāng)入射波長

2、改變時(shí)其延遲量也要發(fā)生相應(yīng)的變化，并且對其延遲量對溫度和入射方位的變化敏感。為了克服這種敏感變化，提高器件的性能，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)陸續(xù)推出復(fù)合波片。復(fù)合波片滿足一定的復(fù)合條件時(shí)，復(fù)合波片可以實(shí)現(xiàn)消色差的目的，并且可以減輕溫度效應(yīng)和方位效應(yīng)，應(yīng)用前景十分廣闊．消色差延遲器能用各種方法制作，設(shè)計(jì)形式多種多樣，設(shè)計(jì)思路也不盡相同，但它們的共同之處是努力提高消色差范圍和延遲量精度。消色差相位延遲器，根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)理不同可以分成兩大類：一是全內(nèi)反射型

3、消色差相位延遲器，二是雙折射型消色差相位延遲器。實(shí)踐證明，理想的消色差波片應(yīng)當(dāng)以簡便片狀雙折射型設(shè)計(jì)為主，在此基礎(chǔ)上考慮其他方面因素的影響，提高其設(shè)計(jì)精度，避免光路系統(tǒng)偏折，降低插入損耗，從而提高器件的可操作性。 由于制作相位延遲器的波片有的比較薄，并且表面光滑其表面的反射率較高所以波片內(nèi)部以及復(fù)合波片間存在光束多次反射引起的干涉．(零級云母四分之一波片，其厚度大約在0.032～0.035mm之間，這樣薄的厚度會(huì)使透射光產(chǎn)生強(qiáng)烈

4、的干涉)，這些缺點(diǎn)將會(huì)影響波片延遲量、透射比等等，進(jìn)而影響到復(fù)合波片的使用。雖然目前對單元波片，復(fù)合波片的研究理論，試驗(yàn)比較成熟，但是都未考慮波片內(nèi)部，以及波片間多光束反射引起的干涉的影響，為了更好的利用波片，提高波片(單元波片，復(fù)合波片等)的性能，研究單元波片的干涉效應(yīng)非常有意義。 目前，測量的波片相位延遲量的方法主要有光電調(diào)制法、補(bǔ)償法及光譜法等。但是有的方法過于復(fù)雜，有的只能用于測量1/4波片的相位延遲。并且很多方法只能對

5、單個(gè)波長進(jìn)行測量，不能得出在波長改變時(shí)的結(jié)果。針對這一問題，通過理論，試驗(yàn)等的反復(fù)比較，本文選用橢偏光譜法一種能連續(xù)測量波片在一定光譜范圍內(nèi)的延遲量的方法。該方法具有測量方便、周期短、精度高等特點(diǎn)。 1945年，A.Rothen設(shè)計(jì)和描述了第一臺橢圓偏振測量儀，用于測量和研究薄膜表面的光學(xué)性質(zhì)(如折射率和厚度)。自此以后橢圓偏振測量技術(shù)開始應(yīng)用到越來越廣泛的領(lǐng)域，橢偏儀也得到了長足的發(fā)展，由開始的手動(dòng)測量變成自動(dòng)測量，光譜范圍逐

6、漸變寬，測量精度也越來越高。本文使用法國Jobin-Yvon公司生產(chǎn)的UVISAL型橢偏儀，利用其透射形式對石英波片和云母波片在一定光譜范圍內(nèi)的延遲量進(jìn)行了測量。用UV-3101PC分光光度計(jì)對石英波片和云母波片在一定光譜范圍內(nèi)的透射比進(jìn)行了測量。全文概括起來有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： 第一章主要介紹了選題依據(jù)、目的、所做工作以及意義。 第二章介紹了單元波片的基礎(chǔ)理論，并介紹了兩種常用波片，石英和云母兩種材料的基本知識。

7、 第三章介紹了光的干涉理論，介質(zhì)膜的干涉理論，并理論推導(dǎo)和分析了波片表面多次相干反射對延遲量和光強(qiáng)透射比的影響。 第四章利用橢偏測量法從實(shí)驗(yàn)上給出了石英波片和云母波片在一定光譜范圍內(nèi)的延遲量隨波長的變化，利用UV-3101PC分光光度計(jì)給出了石英波片和云母波片在一定光譜范圍內(nèi)的透射比隨波長的變化。 論文工作的創(chuàng)新之處：用矩陣方法推導(dǎo)出了單元波片的由于多光束反射引起的干涉理論，即推導(dǎo)了考慮多光束反射引起的干涉后單波片的

8、相位延遲量，光強(qiáng)透射比公式，以及波片的相位延遲量和透射比的關(guān)系式。選用了一種精確測量波片延遲量的方法，并測得了石英波片和云母波片的精確延遲量。測量了度上寬帶增透膜后，波片的精確延遲量。 本論文為單元波片，復(fù)合波片的設(shè)計(jì)使用提供很好的理論依據(jù)，為進(jìn)一步提高復(fù)合波片的性能奠定了理論依據(jù)，因此我們的研究工作具有一定的使用參考價(jià)值。通過上述工作，作者認(rèn)為今后可以研究一下二元，三元波片的干涉效應(yīng)，因?yàn)槎ㄆ婕暗讲ㄆg的多光束反射