材料特性对偏光棱镜消光性能的影响

摘要

近年来随着激光偏光技术的发展，偏光器件已经成为偏光技术发展的重要器件，也是目前国内外激光偏光技术中普遍采用的重要器件，其在光纤通讯、激光调制、光信息处理、生物组织研究以及其他众多领域获得了广泛应用。偏光器件通常由天然晶体或人工晶体加工而成，尤其是高精度偏光器件，其中自然界中生长的晶体占有有很大比重，人工晶体技术还无法满足器件数量和质量的性能要求，这一直是人们非常关心的问题。自然界中能达到光学高品质的晶体非常少，价格比较昂贵，一般都含有不同程度的杂质及荧光现象，这是我们科研和生产亟待解决的难题，这使得人们不得不将目光转向存在缺陷的天然晶体利用上。本文通过对棱镜消光比这一重要偏光器件性能参量的研究分析为切入点，提出了甄别判断材料可利用的实验依据。论文通过分析干涉因素对偏光棱镜极大光强的影响及精确测定消光比系统的改进，从理论上分析并在实验上验证了散射晶体对消光比的影响情况，给人们使用散射晶体时提供一些建议。
　　本文在前人的基础上，就精确测定消光比方面做了提高，就晶体的散射从理论推导与实验验证两个方面给予分析，概况起来主要有以下几个方面的内容：
　　第一章简要介绍了精确测定消光比的意义及具有散射特性的晶体对消光比的影响。
　　第二章给出了冰洲石晶体材料的性能的概念，棱镜的设计原理，在此基础上给出了智能化消光比的测量方法，这章内容是随后研究的基础部分，相关内容大多是公开的资料和手段。
　　第三章和第四章是本文的核心部分，也是本论文的创新之处，独立完成。
　　第三章解决了空气隙型偏光棱镜消光比测量精度问题。高消光比测量系统中待测偏光棱镜是作为检偏器使用的，由它输出的光强并不是完全按照马吕斯规律变化，在曲线上出现了附加波动情况，它干扰了最大光强透射系数的精确取值，进而影响到消光比的测量精度。通过对棱镜入射端、出射端、胶合层反射及透射情况的分析，采用不同角度入射时Glan-Taylor棱镜透射谱线的变化规律，来解释其干扰发生的程度，并采用二次曲线拟合方法对透射光强最大点进行判断，结合二次光强测量，消除了波动干扰影响，提高了测量棱镜消光比的精度，同时结合实验分析对偏光棱镜的正确使用提供了参考建议。
　　第四章对四种类型的具有散射特性的材料（红线疖瘤晶体、红线散射晶体、绿线疖瘤晶体及绿线散射晶体）制作的空气隙型Glan-Taylor棱镜，理论上分析了其Mueller矩阵的测量方法，并在实验上给出了测量结果，利用公式?=（1-p）/（1+p）计算出其消光比。然后利用第三章中介绍的方法--优化的智能化消光比测量系统，对上述四种棱镜及正常晶体制作的棱镜的消光比进行了实验测定，对比两种方法测得的消光比及和正常晶体对比，消光比的数量级都为10-5,说明测量结果的可靠性。针对这四种具有散射特性的材料制作的棱镜，分析了影响待测器件散射光强的因素，结合大量实验验证，我们认为散射对消光比影响是有限的，由其制作的棱镜消光比的数量级仍为10-5。
　　本文的主要工作及贡献在于：
　　1、在前人的基础上对智能化消光比测量系统进行了改进。
　　2、用Mueller矩阵的方法对具有散射特性的材料制作的Glan-Taylor棱镜消光比的影响进行了详细的理论分析，通过对4种不同类型带有散射介质的棱镜进行了Mueller矩阵和消光比测量的实验，从而明确了散射对消光比的影响程度。

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第1章 绪论

第2章 Glan-taylor棱镜及消光比测量

2.1 冰洲石晶体材料的性能

2.2 空气隙型棱镜的设计原理

2.2.1 偏光棱镜的设计原理

2.2.2空气隙型Glan-taylor棱镜

2.3 智能化测定消光比

第3章 提高测量消光比精度新方法的设计

3.1 Glan-taylor棱镜透射比的分析

3.1.1斜入射时F对光强透射的影响

3.1.2斜入射时N对光强透射的影响

3.1.3 斜入射时M对光强透射率的影响

3.1.4 透射比曲线与入射角的关系

3.2 Glan-taylor棱镜的光强透射比的实验测量

3.2.1实验测试装置与光路

3.2.2 实验数据采样

3.3 实验数据的处理

3.3.1 数据拟合原理

3.3.2 数据拟合

3.4 误差分析

第4章 散射材料对棱镜消光比的影响

4.1 棱镜中的散射理论分析

4.2 散射棱镜密勒矩阵的理论分析

4.3 偏振度和消光比测量实验

4.4 消光比及偏振度的测量数据

4.4.1 偏振度及消光比的测量数据

4.4.2智能化消光比测量系统下测定的消光比

4.4.3实验误差来源分析

第5章 总结

参考文献

研究生期间发表的论文

致谢