一種光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光彈調(diào)制器是一種基于光彈效應(yīng)的相位調(diào)制器件，具有通光孔徑大、全視場角大、 調(diào)制頻率高、使用波段寬、驅(qū)動電壓低、功耗小等優(yōu)點，是偏振調(diào)制技術(shù)中的核心器件，在生 物物理、物理化學(xué)、晶體生長等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。
[0003] 精確校準(zhǔn)光彈調(diào)制器是獲得準(zhǔn)確測量的前提與基礎(chǔ)。校準(zhǔn)光彈調(diào)制器通常采用示 波器特征波形、基頻分量、二次諧波分量或直流分量為零或極值、單光子計數(shù)等方法(PEM-100 photoelastic modulator user manual;Applied Optics,15,1960,1976; Thin Solid Films, 455,78,2004.)。上述各個方法都是對單一的峰值延遲量進行校準(zhǔn)，其中峰 值延遲量為η的整數(shù)倍時示波器上的波形是"平頭"或"平底"特征，峰值延遲量為2.405時直 流分量為零，峰值延遲量為1.841時基頻分量幅度最大，峰值延遲量為5.136時二次諧波分 量為零。對于單一峰值延遲量的校準(zhǔn)，如果在某些波段范圍內(nèi)光彈調(diào)制器能夠?qū)崿F(xiàn)的峰值 延遲量小于標(biāo)定時的峰值延遲量，則在此波段范圍內(nèi)無法校準(zhǔn)光彈調(diào)制器。另外，光強的波 動也會嚴(yán)重影響校準(zhǔn)精度。復(fù)雜的單光子計數(shù)技術(shù)無法實用于光彈調(diào)制器的校準(zhǔn)。針對上 述各種標(biāo)定方法的不足，本發(fā)明提出一種在光彈調(diào)制器的整個工作區(qū)間內(nèi)精確校準(zhǔn)任意 峰位延遲量的新方法，其光學(xué)系統(tǒng)及信號處理簡單且校準(zhǔn)精度和入射光強、光學(xué)元件方位 角無關(guān)，此外該方法無需相移器，非常適合于多波長、全范圍的光彈調(diào)制器的精確校準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種精確校準(zhǔn)光彈調(diào)制器任意峰值延遲量的新方法，適合 于多波長、全范圍的光彈調(diào)制器的精確校準(zhǔn)。
[0005] 校準(zhǔn)原理如下： 當(dāng)方位角為〇°的光彈調(diào)制器置于方位角分別為45°和-45°的起偏器和檢偏器之間時， 探測器上測量的光強隨時間的變化規(guī)律為：
其中，1〇是入射光強屬是峰值延遲量，II是光彈調(diào)制器對入射光的調(diào)制角頻率，li) 是探測器上的信號隨時間的變化。示波器測量的/(〇輸出為數(shù)字波形，采用公式（1)對輸出 波形進行擬合就可以得到峰值延遲量_。這個方法能夠用于精確校準(zhǔn)任意的峰值延遲量 沿，。
[0006] 本發(fā)明提供的光彈調(diào)制器的校準(zhǔn)方法，具體步驟為： (1)將光彈調(diào)制器設(shè)置于起偏器、檢偏器之間，入射光依次經(jīng)過起偏器、光彈調(diào)制器、檢 偏器，由探測器進行測量； (2) 設(shè)置峰值延遲量，探測器上獲得相應(yīng)的波形;數(shù)值擬合波形信號獲得峰值延遲量的 實際值，并進一步得到峰值延遲量設(shè)置值與實際值間的關(guān)系； (3) 根據(jù)設(shè)置值與實際值間的關(guān)系，計算獲得任意峰值延遲量所需的設(shè)置值。
[0007] 本發(fā)明中，所述的起偏器和檢偏器為偏振棱鏡、散射型偏振器或二向色性線性偏 振器。
[0008] 本發(fā)明中，所述的起偏器和檢偏器的透光軸與光彈調(diào)制器的振動軸不重合。
[0009] 本發(fā)明中，所述的入射光是激光、白熾燈、汞燈。
[0010] 本發(fā)明中，所述的探測器是能夠輸出數(shù)字信號的測量儀器，包括示波器和數(shù)據(jù)采 集板。
[0011] 本發(fā)明中，所述的光彈調(diào)制器和檢偏器中間，還可以放置引入固定相移的相移器。
[0012] 本發(fā)明中，所述的相移器為泡克爾斯盒、克爾盒、液晶相位延遲器、波片、巴比涅補 償器、索雷補償器或貝雷克補償器。
【附圖說明】
[0013] 圖1為校準(zhǔn)光彈調(diào)制器的光路圖。
[0014] 圖2為峰值延遲量的設(shè)置值為2. 5 13時的示波器波形（空心圓）和采用 _義__嘯_函數(shù)擬合(實線)得到的峰位延遲量為2.627。
[0015] 圖3為峰值延遲量的設(shè)置值為3. 142時的示波器波形（空心圓）和采用 [% ?05(?Ι?)；|函數(shù)擬合(實線)得到的峰位延遲量為3.230。
[0016] 圖4為峰值延遲量的設(shè)置值為4. 398時的示波器波形（空心圓）和采用 f沉〖私fGi你)〗函數(shù)擬合(實線)得到的峰位延遲量為4 · 515。
[0017] 圖5為峰值延遲量擬合值y與峰值延遲量設(shè)置值X間的線性關(guān)系為y = 1.01*x+ 0.059〇
【具體實施方式】
[0018] 下面通過具體實施例進一步描述本發(fā)明： 實施例1: 校準(zhǔn)光彈調(diào)制器的光路圖如圖1所示。
[0019] 氦氖激光經(jīng)過方位角為45°的偏振棱鏡(起偏器）后，經(jīng)過方位角為0°的光彈調(diào)制 器，然后再經(jīng)過方位角為-45°的偏振棱鏡(檢偏器），隨后光入射到光電二極管上，光電二極 管輸出的電信號被示波器檢測。設(shè)置光彈調(diào)制器控制器上的峰值延遲量，示波器上的波形 隨之改變。數(shù)字輸出示波器上的波形。采用_|_:?_?_函數(shù)擬合獲得峰值延遲量的擬合 值。在峰值延遲量的可調(diào)范圍內(nèi)，逐漸改變峰值延遲量的設(shè)置值并依次擬合獲得對應(yīng)的峰 值延遲量擬合值。擬合得到可調(diào)范圍內(nèi)的峰值延遲量擬合值與峰值延遲量設(shè)置值間的線性 關(guān)系。對于任意峰值延遲量的真實值（即擬合值），可以通過上述線性關(guān)系反推得到峰值延 遲量的設(shè)置值。
[0020] 峰值延遲量的設(shè)置值為2.513時的示波器波形為空心圓，采用:_?|_|_戀_:函數(shù) 擬合(實線)得到的峰位延遲量為2.627。如圖2所示。
[0021] 峰值延遲量的設(shè)置值為3.142時的示波器波形為空心圓，采用糖函數(shù) 擬合(實線)得到的峰位延遲量為3.230。如圖3所示。
[0022] 峰值延遲量的設(shè)置值為4.398時的示波器波形為空心圓，采用C孤函數(shù) 擬合(實線)得到的峰位延遲量為4.515。如圖4所示。
[0023]峰值延遲量擬合值y與峰值延遲量設(shè)置值X間的線性關(guān)系為y=1.01*x+0.059。如圖 5所示。
【主權(quán)項】
1. 一種光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法，當(dāng)方位角為0°的光彈調(diào)制器置于 方位角分別為45°和-45°的起偏器和檢偏器之間時，探測器上測量的光強隨時間的變化規(guī) 律為：其中，Ιο是入射光強，1?是峰值延遲量，β是光彈調(diào)制器對入射光的調(diào)制角頻率，Ι?β 是探測器上的信號隨時間的變化;示波器測量的輸出為數(shù)字波形，采用公式（1)對輸出 波形進行擬合，即得到峰值延遲量，具體步驟為： (1) 將光彈調(diào)制器設(shè)置于起偏器、檢偏器之間，入射光依次經(jīng)過起偏器、將光彈調(diào)制器、 檢偏器，由探測器進行測量； (2) 設(shè)置峰值延遲量，探測器上獲得相應(yīng)的波形;數(shù)值擬合波形信號獲得峰值延遲量的 實際值，并進一步得到峰值延遲量設(shè)置值與實際值之間的關(guān)系； (3) 基于設(shè)置值與實際值之間的關(guān)系，計算獲得任意峰值延遲量所需的設(shè)置值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述 的起偏器和檢偏器為偏振棱鏡、散射型偏振器或二向色性線性偏振器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，起偏 器和檢偏器的透光軸與光彈調(diào)制器的振動軸不重合。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述 的入射來自于激光、白熾燈、汞燈。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，探測 器為能夠輸出數(shù)字信號的測量儀器，包括示波器、數(shù)據(jù)采集板。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述 的光彈調(diào)制器和檢偏器中間，還放置有引入固定相位差的相移器。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光彈調(diào)制器的任意峰值延遲量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述 的相移器為泡克爾斯盒、克爾盒、液晶相位延遲器、波片、巴比涅補償器、索雷補償器或貝雷 克補償器。
【專利摘要】本發(fā)明屬于信號調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種光彈調(diào)制器的峰值延遲量的校準(zhǔn)方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：將光彈調(diào)制器置于兩個偏振器之間；入射光依次經(jīng)過起偏器、光彈調(diào)制器、檢偏器后，由探測器測量；設(shè)置光彈調(diào)制器的峰值延遲量，探測器上獲得一個波形；將該波形輸出為數(shù)字信號，采用軟件對波形進行擬合，從而獲得峰值延遲量的實際值（即擬合值）?；诜逯笛舆t量的設(shè)置值與實際值的關(guān)系計算獲得任意峰值延遲量所需的設(shè)置值。本發(fā)明能夠?qū)鈴椪{(diào)制器任意峰值延遲量進行校準(zhǔn)，主要用于信號調(diào)制技術(shù)和誤差修正。
【IPC分類】G02F1/01, G01D18/00
【公開號】CN105675039
【申請?zhí)枴緾N201610025915
【發(fā)明人】朱成鋼, 陳儒, 費義艷
【申請人】復(fù)旦大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月15日