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波片延迟量的温度效应研究

作　者: 孔庆典
导　师: 宋连科
学　校: 曲阜师范大学
专　业: 光学
关键词: 偏振光学波片温度效应干涉误差
分类号: O436.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 96次
引　用: 2次
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内容摘要

波片,又被称为相位延迟器,是偏光应用调制技术中最常用的重要的光学器件之一,也是偏光类器件中的一个重要组成部分。由于线偏振光在波片内会产生两正交的偏振分量,其相对振幅不变,只改变相对相移,所以它们在控制和调制光的偏振态时起着关键性的作用,因而在激光技术和偏光技术中有着广泛的应用和发展。相位延迟器同其他偏光器件相配合,可以实现光的各种偏振态间的相互转换和偏振面的旋转等。常用的有V4波片和L/2波片两种。偏光器件在应用的过程中,通常要受到外场的影响,其中温度场是任何偏光器件都无法逃避的,波片亦是如此。由于温度的变化,晶体的折射率和面形等均要发生变化,从而影响器件的光学性能。查阅资料可知,国内外对于波片的温度效应没有系统完善的研究,大部分的研究都是在常温下进行的,没有考虑到温度变化带来的影响,而波片延迟量受温度的影响又是比较明显的,比如对于632.8nm的23级λ/4石英波片而言,温度每升高1℃,其延迟量约减小0.78°,这将严重影响光信息调制的质量。如果能够得出波片的延迟量随温度变化的关系,就可以采取相应的措施来减少温度变化带来的负面影响。鉴于这一目的,文章对波片延迟量随温度的变化关系进行了研究。波片可以分为单波片和复合波片,二者的延迟量均受到温度的影响,故文章对二者延迟量的温度效应进行了研究。文章首先采用光强法对于常见的λ/4波片和λ/2波片的温度效应进行了研究,并对实验数据进行了对比分析;然后对三元复合式补偿器这一常见复合波片的温度效应进行了研究;最后采用偏光干涉法对表征波片受热膨胀的量一热膨胀系数进行了求证。具体来说文章主要内容分为以下几个部分:第一章为绪论部分,主要介绍了偏光器件的发展概况和器件的温度效应,并对本论文的创新工作进行了说明。第二章是波片的基础知识部分,对于常见的单波片和组合波片的构成及作用分别进行了介绍。第三章是文章的主要部分,首先对常见的λ/4波片和λ/2波片的温度效应进行了理论分析,得出二者的延迟量随温度变化的关系,结果表明,随温度的升高波片的延迟量呈现下降的趋势,并且对同一波长的波片而言,波片的级数越高,变化越明显;而对于不同波长的同一级数的波片而言,短波长波片受温度变化的影响较之长波长的要大。其次对三元复合式补偿器的温度效应进行了理论分析,结果表明,在常温下,其延迟量可实现0-2π间的调节,而当温度发生变化时,其可调节范围要减小,温度变化越大,受到的影响越明显,可调节范围就越小,对同一波长的波片组合成的补偿器而言,波片的级数越高,变化越明显;而对于不同波长的同一级数的补偿器而言,短波长补偿器受温度变化的影响较之长波长的也要大。对于不同的补偿器,要分别计算得出其变化规律。最后对热膨胀系数进行了研究,从理论上对其进行了推导。对于以上各量的测量同时提出了实验方案。第四章是文章的数据处理及误差分析部分,依据提出的实验方案对研究对象进行了实验验证。对于单波片而言,实验值与理论值比较符合,呈现出与理论值所述相一致的规律;对于三元复合式补偿器而言,实验值虽然与理论值的变化趋势相一致,但是由于误差的存在,吻合的不是很好;对于石英晶体的热膨胀系数,求得其与已有数据的偏差为2.69%,实验结果比较好。同时,对于实验中可能出现的误差进行了理论分析,并采用均方差作为各误差的评价标准,对各量进行了综合误差分析。实验值与理论值进行对比的最终结果表明,二者呈现出相一致的趋势,表明文章的实验研究具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-10
第二章波片简介  10-20
  2.1 常见单波片简介  10-13
  2.2 消色差波片简介  13-14
  2.3 复合波片简介  14
  2.4 相位补偿器简介  14-20
第三章波片延迟量的温度效应  20-37
  3.1 偏振光的数学表示  20-22
  3.2 单波片延迟量的温度效应  22-29
    3.2.1 理论分析  22-25
    3.2.2 测量方案  25-27
    3.2.3 温度的标定  27-29
  3.3 三元复合式补偿器延迟量的温度效应  29-32
    3.3.1 三元复合式补偿器延迟量的理论分析  29-31
    3.3.2 三元复合式补偿器延迟量的测量方案  31-32
  3.4 石英波片热膨胀系数的求证  32-37
    3.4.1 偏光干涉法求证热膨胀系数理论基础  32-35
    3.4.2 偏光干涉法测量方案  35-37
第四章数据处理及误差分析  37-45
  4.1 单波片延迟量随温度变化的测量及误差分析  37-42
    4.1.1 实验器件调试及数据测量  37-38
    4.1.2 实验中的误差分析  38-42
  4.2 三元复合式补偿器延迟量随温度变化的测量  42-43
  4.3 石英波片热膨胀系数的测量  43-45
参考文献  45-47
在校期间发表的论文  47-48
致谢  48

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