基于馬赫—曾德爾外差干涉儀的光偏振態(tài)測量技術研究.pdf

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

2、，采用偏振器件將待測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信號上，通過分析兩光強信號中交流成分的振幅和相位差，實現(xiàn)待測光束正交偏振分量的振幅和兩分量之間相位差的直接測量。
　　 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)測量系統(tǒng)，即MZ外差干涉橢偏儀，對光束的偏振態(tài)進行了精確測量。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，對光路中由于激光偏振橢圓化、偏振光學元件的不完全消偏以及安裝時可能出現(xiàn)的小角度傾斜引入的誤差進行了詳細的公式推導及數(shù)值模擬。在MZ外差干涉橢偏儀的基礎上，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，分別與待測光束的兩垂直線偏分量發(fā)生雙頻干涉。通過對單光電探測器記錄的干涉光強進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，進而完成待測光束偏振態(tài)的測量。
　　

4、 本論文的主要內(nèi)容如下：
　　 第一章對光外差干涉測量技術進行簡要介紹。概括性地介紹光外差干涉測量的原理，發(fā)展現(xiàn)狀和應用，并對光外差干涉測量中的關鍵技術--光頻調(diào)制技術進行總結(jié)。
　　 第二章介紹了光的偏振知識，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量系統(tǒng)--馬赫-曾德爾外差干涉橢偏儀，并對光的不同偏振態(tài)進行了測量。測量系統(tǒng)的外差信號引

5、入和干涉光強的記錄處理由計算機統(tǒng)一控制，可快速顯示出待測光偏振態(tài)的橢偏圖形，測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，非線性誤差因素會給MZ外差干涉橢偏儀系統(tǒng)帶來納米量級的測量誤差；與進行納米精度位移測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、涉橢偏儀測量誤差還與待測光束的兩偏振分量的振幅比和相位差有關。
　　 第四章我們提出了基于雙頻雙束參考光的MZ外差干涉橢偏儀測量系統(tǒng)。單光電探測器探測干涉光強，避免了雙光電探測器引入的測量誤差；通過采用傅里葉分析法來獲得不同頻率的外差信號，有效的避免了干擾信號帶來的混頻誤差，實現(xiàn)了光束偏振態(tài)的精確測量。所得光束偏振態(tài)振幅比的最大測量誤差小于3％，相位差的最大測量誤差小于0.04弧度。
　　 第五章對本論文進行總結(jié)，提出進