理学物理学毕业论文 液晶相位可变延迟器在极化电子碰撞实验中的应用

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1、湖南师范大学本科毕业论文考籍号：XXXXXXXXX姓名：XXX专业：理学物理学论文题目：液晶相位可变延迟器在极化电子碰撞实验中的应用指导老师：XXX二〇一一年十二月十日作者：任少辣　董占民　庞文宁　　摘要：液晶相位可变延迟器（liquidcrystalvariableretarders,LCVR）的快慢轴之间的相位差随两端所加的电压连续可调，通过调节电压可以实现对入射光偏振度、偏振方向的操控.文中第2,3部分介绍了LVCR在特定波长不同延迟相位的标定方法及标定结果，第4,5部分介绍了利用LVCR测量Stokes参数的原理及方法.　　关键词：液晶相位可变延迟器（LCVR），相位延迟，Stok

2、es参数，极化　　AbstractThephasedifferencebetweenthefastandslowaxesofaliquidcrystalvariableretarders(LCVR)canbechangedcontinuouslybymodulatinganACvoltageappliedonthebi-surfaceoftheLCVR.Thepolarizationofaninputlightbeamcanthusbecontrolledbyvaryingthevoltage.Thecalibrationmethodandresultsofdeterminingthe

3、differentphaseretardancesforgivenwavelengthsaredescribed.ThetheoryandmethodformeasuringtheintegralStokesparametersbyLCVRarealsodiscussed.　　Keywordsliquidcrystalvariableretarders(LCVR),phaseretardance,Stokesparameters,polarize　　　　1引言　　　　极化电子原子散射实验是20世纪70年代在传统电子动量谱学实验的基础上发展起来的一种实验方法，主要通过分析靶原子退激发光的

4、Stokes参数研究原子的精细结构，整个实验包括极化电子的产生、传输及与靶原子的散射，在极化电子束的产生和靶原子退激发光Stokes参数的测量中，需要应用LCVR或1/4波片，但是应用LCVR可减少波片的更换与机械转动次数，可以方便实验操作和简化实验结构的设计.　　　　2液晶相位可变延迟器　　　　液晶相位可变延迟器(liquidcrystalvariableretarders,LCVR)是一种实时、连续可调的、由双折射液晶材料制成的波片，其结构与实物图见图1和图2.波片中的长条型液晶分子的长轴在自然状态下互相平行，将这个方向定义为LCVR的非常轴（慢轴，S轴），与之垂直的轴定义为寻常轴（

5、快轴，F轴），快轴和慢轴均平行于波片表面.在波片两面加上交流的电压，液晶分子便向着电场的方向转动，这样双折射材料的折射度将改变，从而使通过LCVR的光线平行于慢轴的电矢量延迟不同的相位，这个相位的延迟值随电压幅值呈平滑关系，所以在一定范围内可以输出任意的相位延迟.　　　　我们使用的这种波片是将向列型液晶放置在特殊衬底上制成的，向列型液晶是各向异性的分子，它们可以形成单轴双折射层.LCVR在工作中，其F轴是不被调制的，只有S轴被调制.　　　　3标定LCVR电压　　　　对于特定的波长，LCVR有4个电压分别对应λ/4，λ/2，3λ/4和λ的延迟，标定LCVR，就是找到这4个特殊电压值.　

6、　如图3所示，使激光水平出射，并垂直于偏振片，偏振片的偏振方向为竖直方向.LCVR放在水平的平台，保证F轴，S轴与偏振片偏振方向成45度.出射光垂直入射到旋转检偏器.用计算机控制LCVR工作电压，使电压在20V至0V范围内调节，使延迟由最小开始增大.旋转检偏器输出信号的波形随着LCVR出射光的偏振态的改变而改变.输出波形的峰－峰值第一次出现极小值时对应LCVR延迟为λ/4（左旋圆偏振），第一次出现极大值时对应LCVR延迟为λ/2（水平线偏振），第二次出现极小值时对应LCVR延迟为3λ/4（右旋圆偏振），第二次出现极大值时对应LCVR延迟为1λ（竖直线偏振），依次类推.　　LCVR对温度的依

7、赖比较明显，延迟随着温度上升而下降（大约为-0.4%/℃），因此标定应在同一温度下进行，本文的标定温度为25℃.　　表1和表2是分别对780nm激光和从单色仪出射的495.7nm的谱线的标定结果.　　　　4使用LCVR产生可控自旋方向的极化电子束　　　　极化电子束可以用正负圆偏振光激发GaAs晶片来产生［1］，图5是极化电子产生示意图，用正圆偏振光可以激发自旋向上的电子，用负圆偏振光可以激发自旋向