橢偏儀與偏振相位（十一）-斯托克斯橢偏儀的偏振定標測量實驗

正文

橢偏儀(yi) 與(yu) 偏振相位（十一）-斯托克斯橢偏儀(yi) 的偏振定標測量實驗

1實驗裝置

根據上述原理建立的實驗裝置示意圖如圖1所示。將配有高精度穩壓電源的溴鎢燈作為(wei) 入射光源，出射光束經過光纖耦合器轉化為(wei) 準直度小於(yu) 0.3°、光斑小於(yu) 5mm的準直光束，並通過定標單元被斯托克斯橢偏儀(yi) 調製和接收。定標單元中起偏器的消光比大於(yu) 10000：1，波片1在中心波長532.4nm處為(wei) 近1／4波片，由步進電機控製兩(liang) 元件旋轉，轉動精度優(you) 於(yu) 2′，由計算機控製360°自由旋轉。

圖1 斯托克斯橢偏儀(yi) 儀(yi) 器矩陣測量裝置示意圖

實驗中，被測量的斯托克斯橢偏儀(yi) 由兩(liang) 個(ge) KD*P電光晶體(ti) KD*P₁和KD*P₂、波片2、檢偏器和光纖光譜儀(yi) 組成。高壓調製器以倍頻的關(guan) 係控製兩(liang) KD*P兩(liang) 端電壓的快速反轉，從(cong) 而實現入射光斯托克斯參數的完全調製。光纖光譜儀(yi) 主要包含微型光柵和線陣ccd，可以同時得到多個(ge) 波長處的光強值，可測光譜為(wei) 300～1100nm。整個(ge) 測量係統由Labview軟件編程實現自動化控製。

一般情況下，入射光的斯托克斯參數、波片的方位角誤調和相位延遲隨波長變化。由於(yu) 這些參數的不確定性，單一波長處的儀(yi) 器矩陣定標可能無法比較和分析非線性zui小二乘擬合方法和傳(chuan) 統方法的差異。為(wei) 了克服這一困難，實驗中利用斯托克斯橢偏儀(yi) 中光纖光譜儀(yi) 的優(you) 勢同時定標500～700nm波段的儀(yi) 器矩陣。實驗中分別使用非線性zui小二乘擬合定標方法、四點定標法和E-P定標法測量了KD*P型橢偏儀(yi) 的儀(yi) 器矩陣X，測量結果如圖2所示。

圖2 斯托克斯橢偏儀(yi) 的儀(yi) 器矩陣x定標結果

通過分析發現，在波長為(wei) 500～600nm時，對於(yu) 儀(yi) 器矩陣的第4列，3種定標方法的結果相一致，這表明定標單元中波片1的相位延遲的小角度誤差對四點定標法和E-P定標法的測量精度影響甚微；而對於(yu) 儀(yi) 器矩陣的前三列，四點定標法和E-P定標法的結果相一致，但與(yu) 非線性zui小二乘擬合法有偏離。其主要原因是兩(liang) 種傳(chuan) 統方法中假設入射光是完全非偏振的，且認為(wei) 定標單元中波片1的方位角不存在誤差。由非線性zui小二乘擬合法的參數擬合結果可知，入射光並非完全非偏振光且波片1的方位角存在誤差；當波長大於(yu) 600nm後，四點定標法和E-P定標法的結果基本保持一致，但與(yu) 非線性zui小二乘擬合方法偏離較大，這是由於(yu) 波片1的相位延遲隨著波長變大而愈加偏離90°(見圖4)，四點定標法和E-P定標法中波片1為(wei) 準1／4波片的假設不再成立，從(cong) 而引起兩(liang) 種方法的測量誤差。

圖3 波片1的相位延遲與(yu) 波長的關(guan) 係曲線

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