激光偏振干涉仪课件.ppt

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1、激光偏振干涉仪XYEx=EcoscosωtEy=EsincosωtXYEx=EcoscosωtEy=Esincos(ωt+π/2)/4片圆偏振光线偏振光YX线偏振光经过λ/4波片，且与X轴夹角α=45º，形成圆偏振光线偏振光圆偏振光2.1激光偏振干涉仪——基础知识α=45º线偏振光转变为圆偏振光XYEx=EcoscosωtEy=Esincos(ωt+π/2)/4片圆偏振光线偏振光YX圆偏振光反射后，再次经过λ/4波片，转换成线偏振光，振动方向旋转90º线偏振光圆偏振光XYEx=Ecos

2、cosωtEy=Esincos(ωt+π)Ey=－Esincosωt2.1激光偏振干涉仪——基础知识圆偏振光转变为线偏振光XYEx=EcoscosωtEy=EsincosωtYXEx=EcoscosωtEy=Esincos(ωt+π)/2片线偏振光线偏振光YX线偏振光经过λ/2波片，仍为线偏振光，振动方向旋转了2β线偏振光线偏振光Ey=－Esincosωtα＋β＝90ºβαββ2.1激光偏振干涉仪——基础知识线偏振光振动方向的旋转M1M2LQ2Q1Q3PBSPD偏振分光镜PBS检偏器

3、Pλ/4波片Q1，Q2，Q3基本原理：获得振动方向随相位变化而旋转的线偏振光；技术特点：带来信号细分的特殊方法。以单频激光偏振干涉仪为例：2.2激光偏振干涉仪——测长原理测长基本原理及技术特点M1M2LQ2Q1Q3PBSPD激光器发出线偏光XYZ座标系Z：光的传播方向Y：平行纸面振动方向X：垂直纸面振动方向E1XYaEE2经过偏振分光镜，分为两线偏光2.2激光偏振干涉仪——测长原理参考光、测量光：两束线偏振光M1M2LQ2Q1Q3PBSPDQ1，Q2与X轴夹角β1＝β2＝45ºE1E2两束光经过λ/4波片后，均形成

4、圆偏振光反射后再次经过λ/4波片后，又转换成线偏振光且振动方向旋转了90º参考光、测量光产生了相位差2.2激光偏振干涉仪——测长原理分别两次经过λ/4波片为实现相位细分，光路中设置Q3设Q3与X轴成β3角，设E0=1M1M2LQ2Q1Q3PBSPDE1E2XYβ3Q3E1，E2是同频率的左、右旋圆偏振光调整a=β3=45º合成光是振动方向随的变化而旋转的线偏振光，振动方向与x轴的夹角:E1E22.2激光偏振干涉仪——测长原理M1M2LQ2Q1Q3PBSPD根据马吕斯定律，透过检偏器P后的光强E1E2干涉光路的作用是

5、把位移L转变为合成光振动方向的旋转角θ，进而转换成光电信号的相位Ψ，信号处理的作用就是测量出Ψ，计算出位移LΨ为合成光强信号的相位当a=β1＝β2＝β3＝45º，位移为L时2.2激光偏振干涉仪——测长原理提高位移测量精度，必须提高测量相位的分辨率。式子说明位移L的变化，引起相位ψ的变化，是线性的。1）电子细分法cosφBSλ/4-cosφsinφ-sinφ光路产生相位差90º的四相光强信号细分电路处理两块渥拉斯顿棱镜Q3振动方向旋转的线偏振光cosΨ-cosΨsinΨ-sinΨ2.3激光偏振干涉仪——信号细分方法通

6、过两块渥拉斯顿棱镜产生90º相位差信号sin干涉条纹移相系统光电探测1光电探测2整形放大整形放大反相反相四细分判向电路sincos-sin-coscos正向脉冲负向脉冲可逆计数器数字处理sincos-sin-cos2）光学倍程法缺点：损耗大、偏振态变化大测量棱镜移动λ/2干涉条纹发生一次明暗交替测量棱镜移动λ/(2N)干涉条纹发生一次明暗交替原始测长公式：信号细分后：M1M2BM32.3激光偏振干涉仪——信号细分方法光学倍程法偏振态变化引入较大误差3）分步调相位法基本原理：相位φ测量2π的整数倍条纹的整数计数小数部

7、分Δφ测量前后，将小数测出PZTRPBSPM分步调相光学系统干涉场原始光强PZT加电压引入π/2相位PZT加电压再引入π/2相位PZT加电压再引入π/2相位计算出Δ2.3激光偏振干涉仪——信号细分方法对干涉条纹小数部分Δφ进行测量干涉场原始光强PZT加电压引入π/2相位PZT加电压再引入π/2相位PZT加电压再引入π/2相位计算出ΔI2.3激光偏振干涉仪——信号细分方法对干涉条纹小数部分Δφ进行测量4）锁相跟踪法基本原理：激光偏振干涉仪跟踪偏振光振动方向的变化测量跟踪角度获得振动方向随相位变化而旋转θ的线偏振光获得

8、相位的变化跟踪旋转角度θ位移λ/2相位变化为360º，振动方向旋转θ角为180º若测角分辨力为0.1º位移测量分辨力为λ/36002.3激光偏振干涉仪——信号细分方法直接测量量转化为角度5）A/D变换细分法应用前提：被测范围远小于λ/2用分光镜将信号分为两束，调节两光电检测器前检偏器的方位，使两信号的相位差为π信号相减，相加利用正弦信号在零点附近的良好线性，