基于偏振光的精密角度測量及傳遞技術(shù)_圖文

1、 基于偏振光的精密角度測量及傳遞技術(shù) 作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次數(shù)： 吳易明， 高立民， 陳良益， WU Yi-ming， GAO Li-min， CHEN Liang-yi 中國科學(xué)院,西安光學(xué)精密機械研究所,陜西,西安,710119 紅外與激光工程 INFRARED AND LASER ENGINEERING 2008，37(3 0次 參考文獻(10條 1.YU Dao-yin.TAN Heng-ying Engineering Optics 2006 2.DONG Xiao-na.GAO Li-min.SHEN Xiao-jun Passing azi

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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 相似文獻(10條 1.期刊論文 董曉娜.高立民.申小軍.陳良益 利用磁光調(diào)制實現(xiàn)方位角垂直傳遞 -光子學(xué)報2001,30(11 本文詳述了一種可以實現(xiàn)無機械連接的方位角垂直傳遞技術(shù),并進行了精度分析.這種方法利用了偏振光的物理特性,從原理上突破了國內(nèi)瞄準技術(shù)的 局限,并采用磁光調(diào)制技術(shù)提高檢測精度.演示裝置的對準重復(fù)精度達到310. 2.學(xué)位論文 董曉娜 方位垂直傳遞技術(shù)的研究 2001 該文介紹了一種新型

6、高精度方位垂直傳遞技術(shù),該技術(shù)利用光的偏振和磁致旋光原理,可以實現(xiàn)兩臺不在同一水平面上無機械連接設(shè)備的方位失調(diào)角 的高精度測量和方位角同步.方位角度垂直傳遞技術(shù)是導(dǎo)彈地面發(fā)射過程中水平近距全自動瞄準系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù).該文首先介紹了當(dāng)今世界武器裝 備的發(fā)展概況,從而論述了方位角度垂傳遞技術(shù)研究的重要性.其次,詳細介紹了實現(xiàn)方位角度竽傳遞的原理和方案.這是一種基于物理光學(xué)原理的新方法 ,它有優(yōu)點在于同步時間短,抗干擾性強,同時需要的電壓低,不會對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾.第三,該文對根據(jù)研制的樣機的結(jié)構(gòu)做了介紹,并對樣機的檢測 精度進行了理論分析.與此同時,還做了大量的實驗,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對誤差進行

7、了分析.最后,該文對研制過程中遇到的問題進行總結(jié),并針對問題提出了一 些改進設(shè)想. 3.學(xué)位論文 李永安 傳統(tǒng)光纖及光子晶體光纖偏振與磁光特性研究 2007 本文介紹了在攻讀博士學(xué)位期間，所進行的關(guān)于傳統(tǒng)光纖中偏振及磁旋光效應(yīng)、光子晶體光纖中偏振及磁旋光效應(yīng)以及磁光調(diào)制等方面的研究工作 。論文的主要內(nèi)容如下： 1.介紹了傳統(tǒng)光纖及光子晶體光纖中偏振特性的研究意義，回顧和介紹了光纖磁旋光特性的研究進展和研究現(xiàn)狀，介紹了磁光調(diào)制的研究進展和研 究現(xiàn)狀。 2.介紹了傳統(tǒng)光纖中偏振及磁旋光的研究歷史和有關(guān)理論，傳統(tǒng)光纖中偏振及磁旋光的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景；從理論上討論了多模漸變折射率光纖 的偏振問題，并

8、運用傳統(tǒng)的消光法，結(jié)合溫度特性和光譜特性的考查，對多模漸變折射率光纖的偏振效應(yīng)進行了研究。運用基于磁光調(diào)制原理的倍頻法 ，并結(jié)合利薩如圖形方法，對幾種可見波段單模階躍折射率光纖的偏振效應(yīng)、磁旋光效應(yīng)做了考查和研究。發(fā)現(xiàn)了入射光為小角度快速旋轉(zhuǎn)的線偏光時 ，單模光纖偏振特性的頻率補償效應(yīng)，并對其進行了初步的討論。 3.介紹了光子晶體光纖的概念和特性，光子晶體光纖的理論研究的發(fā)展，光子晶體光纖的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，以及光子晶體光纖中偏振特性的有 關(guān)研究工作。運用基于磁光調(diào)制原理的倍頻法，結(jié)合利薩如圖形方法，并通過溫度特性和光譜特性的考查，對高非線性光子晶體光纖的偏振效應(yīng)、磁旋 光效應(yīng)進行了實驗研究

9、。在分析高非線性光子晶體光纖及傳統(tǒng)單模光纖有關(guān)特性的基礎(chǔ)上，提出了磁光材料大模場光子晶體光纖的概念。 4.介紹了磁光調(diào)制的基本概念，根據(jù)磁光調(diào)制原理并結(jié)合利薩如圖形方法，對正弦波、三角波、鋸齒波及方波磁光調(diào)制進行了計算機模擬，其中特 別就入射光為部分偏振光的正弦波磁光調(diào)制的有關(guān)特性進行了模擬；在計算機模擬的基礎(chǔ)上，對兩種典型的磁光調(diào)制一正弦波及方波磁光調(diào)制進行了實 驗研究。根據(jù)計算機模擬結(jié)果，討論了正弦波磁光調(diào)制的小角度近似問題，得出了小角度近似是正弦波磁光調(diào)制的前提，但在正弦波磁光調(diào)制用于偏振 角度檢測時，可不必嚴格遵守小角度條件的結(jié)論。根據(jù)計算機模擬和實驗研究的結(jié)果，對正弦波及方波磁光調(diào)制

10、進行了比較分析，得出了方波磁光調(diào)制 具有較大的應(yīng)用價值和良好的應(yīng)用前景的結(jié)論。在實驗中發(fā)現(xiàn)了正弦波磁光調(diào)制和方波磁光調(diào)制的限幅效應(yīng)，并對其進行了初步的討論。 5.研究了三種可見波段單模階躍折射率光纖及高非線性光子晶體光纖作為磁光調(diào)制介質(zhì)的有關(guān)特性。討論了多模漸變折射率光纖、可見波段單模階 躍折射率光纖及高非線性光子晶體光纖作為磁光調(diào)制介質(zhì)的可能性及優(yōu)缺點。對磁光調(diào)制的限幅效應(yīng)進行了總體的分析和討論。 6.對光纖中偏振及旋旋光的理論與技術(shù)研究進行了展望，特別對光子晶體光纖中偏振及旋旋光的理論與技術(shù)研究進行了展望。對磁光調(diào)制的研究方 向及前景作了分析。 4.期刊論文 石志東.包歡歡.柳樹.SHI

11、Zhi-dong.BAO Huan-huan.LIU Shu 磁光調(diào)制法雙折射光纖拍長測試技術(shù)研 究 -光電子激光2008,19(3 研究了光纖拍長磁光調(diào)制法測試系統(tǒng)中,對于給定的磁隙寬度和磁場強度,起偏方式與檢偏方式對拍長測試靈敏度的影響.通過理論分析與實驗研究 ,發(fā)現(xiàn)有三種測試方式均能得到最大靈敏度:1 入射線偏振光的偏振方向與光纖雙折射主軸夾角為0°或90°,同時Wollaston棱鏡的兩個檢偏主軸與保 偏光纖的雙折射主軸夾角為45°2 入射線偏振光= 45°,同時=0°或90°3 入射光為圓偏振光,同時=0°或90&

12、#176;.三種情況下的測試靈敏度基 本相等,但是第三種實驗方式不需要在入射端精確定位光纖的雙折射主軸方向,簡化了實驗過程,并可避免角度調(diào)節(jié)所引入的測量誤差.理論分析與實驗數(shù) 據(jù)基本一致. 5.學(xué)位論文 張浩 磁致旋光-塞曼雙頻激光器的理論及實驗研究 2007 激光外差干涉儀以其測量精度高、抗環(huán)境干擾能力強等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。其中作為光源的雙頻激光器在整個干涉系統(tǒng)中起著非常重要的作用 。本文提出一種新型中頻差雙頻激光器磁致旋光塞曼雙頻激光器。根據(jù)塞曼效應(yīng)，使Ne原子在縱向磁場的作用下光譜線發(fā)生分裂，產(chǎn)生頻率不同 的兩個圓偏振光。將磁光材料放置于磁室內(nèi)并同時放入激光諧振腔中。根據(jù)法拉第效應(yīng)，

13、在諧振腔內(nèi)當(dāng)光通過磁光材料時，由于磁光材料相對于左旋和 右旋圓偏振光的折射率不同，從而導(dǎo)致諧振腔內(nèi)左旋和右旋圓偏振光的諧振腔腔長不同。根據(jù)激光諧振腔理論，腔長的微小差異將導(dǎo)致激光輸出頻率的 不同。這時激光器將輸出頻差為Av的雙頻激光。為了提高系統(tǒng)的集成度，本文還討論了磁性光子晶體應(yīng)用于磁致旋光塞曼雙頻激光器的可行性。論文 完成的主要工作如下： (1應(yīng)用激光諧振腔理論和法拉第效應(yīng)的宏觀理論推導(dǎo)出了輸出激光的頻差與磁室內(nèi)磁場、諧振腔腔長的關(guān)系公式。結(jié)果顯示輸出頻差與腔長成反比 ，而與磁室內(nèi)磁場成正比。 (2實驗研究了激光器塞曼部分的光學(xué)輸出特性，觀察到當(dāng)縱向磁場大于3mT時輸出激光的頻率將發(fā)生分裂

14、，證實了磁感應(yīng)強度與頻差成正比，與拍 頻信號峰峰值成反比。并且發(fā)現(xiàn)頻差增加的同時，激光縱模個數(shù)也在增加。 (3應(yīng)用磁光調(diào)制倍頻法測量了Tb20、Tb25玻璃和BGO晶體在632.8nm波長的費爾德常數(shù)值和磁光優(yōu)值。結(jié)果表明Tb20材料的磁光性能優(yōu)于BGO晶體。 應(yīng)用MagNet軟件設(shè)計并制作出了磁屏蔽室，測得其泄漏磁場小于1，基本達到設(shè)計要求。 (4應(yīng)用狀態(tài)方程分析了一維磁性光子晶體的磁光特性，指出選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)可以使得材料的法拉第旋轉(zhuǎn)角大幅度的增加。同時在中心波長處具有很 高的透射率，而且在很大的入射角范圍內(nèi)，其光學(xué)性質(zhì)基本不發(fā)生變化。分析了產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，即當(dāng)光波在材料中所形成的駐波波

15、峰正好處于磁 光材料區(qū)域時，會獲得很強的磁光效應(yīng)。 (5利用頻域有限差分方法(FDFD分析了兩種二維磁性光子晶體結(jié)構(gòu)(方形和圓形空氣孔結(jié)構(gòu)的模場分布和有效折射率。該種材料的法拉第旋轉(zhuǎn)角較 連續(xù)分布的磁光介質(zhì)有顯著增加。但是當(dāng)光通過這類材料后偏振態(tài)發(fā)生了變化，隨著法拉第旋轉(zhuǎn)角的增加出射光的橢圓率也在增加。分析了產(chǎn)生這一現(xiàn) 象的原因，并通過在材料中心處引入缺陷解決了偏振態(tài)變化這一問題。 6.會議論文 李林.張萍.李丹.李小俊 倍頻法測量空氣的費爾德常數(shù) 2008 本實驗利用磁光調(diào)制倍頻法測量空氣的費爾德常數(shù)，根據(jù)法拉第磁致旋光的理論，偏振光在空氣中傳播受到磁場的作用，偏振面會轉(zhuǎn)過一定角度。 如果利

16、用實驗裝置測量出這個轉(zhuǎn)過的角度，就可以得到空氣的費爾德常數(shù)。在利用磁光調(diào)制倍頻法確定倍頻位置時，本實驗將接收信號與調(diào)制信號進行 合成，通過判斷合成利薩如圖形的時稱性來確定倍頻位置；實驗裝置中采用平行平面鏡多次反射增加光程和光杠桿擴大轉(zhuǎn)角的方法來提高測量的精確度 。實驗結(jié)果表明測試精度超過現(xiàn)有的測量方法。 7.學(xué)位論文 楊永江 橫向調(diào)制線偏振光測量導(dǎo)軌直線度的方法研究 2008 導(dǎo)軌直線度誤差直接影響到工件的加工精度,所以導(dǎo)軌直線度誤差的測量是工業(yè)測量領(lǐng)域里一個非常重要的項目。 目前的各種直線度測量方法中,激光準直測量法由于其實現(xiàn)簡單,成本低廉,分辨率高等優(yōu)點而備受關(guān)注。但傳統(tǒng)的以光強為基準的測

17、量方法由于容易 受到光束衍射,光強變化、光靶傾斜等情況的影響,其精度并不高。由于偏振光的偏振態(tài)不易受到光強、環(huán)境等因素的影響,所以本研究室提出了利用線偏 振光測量導(dǎo)軌直線度的方法。但原光是以磁光調(diào)制原理進行偏振角調(diào)制的,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)制效果也不夠理想。鑒于此,本文提出了一種簡單的,基于偏振干 涉原理的線偏振光橫向調(diào)制技術(shù),并設(shè)計了利用該調(diào)制光束進行導(dǎo)軌直線度誤差測量的相應(yīng)方法,為利用偏振光進行導(dǎo)軌直線度的測量提供了一種新的思 路。另外,為了配合直線度的測量,本文還提出了一種基于偏振分光原理的偏振角檢測方法。這種方法的最大優(yōu)點是可以消除光強變化對測量的影響,且較 以往相位檢測法等實現(xiàn)起來更加方便。

18、 本文從原理上對兩套方法作了深入的理論分析,并進行了大量的方案論證。通過實驗對光縫寬度等光學(xué)參數(shù)進行了確定。文章最后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對整 套方法在導(dǎo)軌直線度測量方面的應(yīng)用效果作了檢驗及誤差分析。實驗表明,該方法是一種可行的測量直線度的方法,值得進一步開發(fā)和研究。 8.期刊論文 柳樹.石志東.包歡歡.LIU Shu.SHI Zhi-dong.BAO Huan-huan 磁光調(diào)制法測量高雙折射光纖拍長的靈 敏度分析 -上海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2008,14(6 基于法拉第磁光效應(yīng),研究在光纖拍長磁光調(diào)制法測試系統(tǒng)中,對于給定的磁隙寬度和磁場強度,起偏方式與檢偏方式對拍長測試靈敏度的影響.通過 理論分

19、析發(fā)現(xiàn),除了目前通常采用的線偏振光沿光纖雙折射主軸注入結(jié)合渥拉斯頓棱鏡45°檢偏的測試方式之外,另有兩種測試方式也可以得到最大靈敏 度,一種是線偏振光45°注入結(jié)合渥拉斯頓棱鏡沿軸檢偏,另一種是圓偏振光注入結(jié)合渥拉斯頓棱鏡沿軸檢偏.最后一種實驗方式不需要在入射端精確定位 光纖的雙折射主軸方向,能簡化實驗過程,避免角度調(diào)節(jié)引入的測量誤差. 9.學(xué)位論文 汪源源 磁場光學(xué)成像中介質(zhì)磁光特性實驗研究 2007 目前，磁光理論獲得了相當(dāng)大的發(fā)展。磁光效應(yīng)在光電子學(xué)和光子學(xué)方面、計算機和信息處理方面、科學(xué)研究方面以及磁場測量等方面的應(yīng)用很多 ，用于地磁測量的光泵磁力儀的原理就基于磁光效應(yīng)。為了進一步提高現(xiàn)有地球磁場測量的效率，本課題組提出了一種利用光學(xué)成像的方法對地球磁場 進行測量，該方法具有成像能力、三維分辨率、測量速度很高、沒有測量盲點的特點。 磁旋光成像地球磁場測量