椭偏法测量光学材料色散的技术研究

摘要

椭圆偏振技术广泛应用于材料分析、光学制造等研究领域。为了实现生产线上光学材料折射率的快速检测，本课题采用椭偏法进行了前期的研究。
　　课题研究了材料在可见光波段的色散。采用椭偏法中入射光与反射光之间偏振状态测量光学材料折射率，选取实验仪器和搭建实验平台，测量样品在波长486.1nm、589.3nm和656.3nm的折射率，从而对材料色散进行分析。主要研究结论如下:
　　(1)对不同方法测量折射率的优缺点进行对比，分析椭偏法研究光学材料特性在样品加工上存在优势，只需将样品表面加工成一个平面。分析椭偏法的测角方式，选取椭偏法中消光式的测角方式测量材料折射率。
　　(2)基于椭偏理论，建立了光学材料的色散模型，并对测量折射率的影响因素进行了仿真分析，分析波长、入射角、偏振片的光轴方向与线偏振光振动方向的夹角对测量结果精度的影响。得出入射角为60°，起偏角为45°时，检偏角的测角精度高。
　　(3)采用He-Ne激光对仿真分析结果进行实验验证，分析得到实验结果与仿真分析结果一致。光栅单色仪对光源进行分光，测量样品在三种波长情况下的折射率。采用传统的V棱镜法测量样品折射率值，作为椭偏法实验测量结果误差分析的参考值，分析得到不同的误差来源对折射率测量结果总体影响为1×10-4，使实验测量结果满足设计要求。
　　(4)根据测量原理，设计了在阵列探测器前加窄带滤光片和两个偏振方向相互垂直的检偏器，可以消除光源波动引起的折射率测量误差和提高检偏角的测角精度。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景与意义

1．2 色散常规测量方法

1．2．1 V棱镜法

1．2．2 全反射临界角法

1．2．3 最小偏向角法

1．2．4 迈克尔逊法

1．2．5 马赫-曾德尔法

1．3 椭圆偏振技术的发展现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 论文的主要内容

2 仿真分析消光式椭偏法测折射率

2．1 椭偏法测量原理

2．1．1 光度法

2．1．2 消光法

2．2 消光式椭偏法测量色散原理

2．3 起偏角与检偏角对测量折射率准确度的影响

2．4 入射角对测量折射率准确度的影响

2．5 波长对测量折射率准确度的影响

2．6 本章小结

3．1 方案设计

3．2 实验装置

3．3 实验仪器的选取

3．3．1 光源的选取

3．3．2 单色仪的选取

3．3．3 步进电机的选取

3．3．4 偏振片的选取

3．3．5 被测样品

3．3．6 光电探测器的选取

3．3．7 光电准直仪

3．4 搭建实验平台与实验测量过程

3．4．1 偏振片光轴的确定

3．4．2 验证光栅单色仪出射波长

3．4．3 搭建实验平台

3．5 本草小结

4 光学材料可见光波段折射率测量结果分析

4．1 数据处理

4．2 V棱镜法测量材料折射率

4．3 不同入射角对测量结果的实验分析

4．4 起偏角与检偏角对测量结果实验分析

4．5 样品的色散测量

4．6 本章小结

5 实验结果误差分析

5．1 误差分析

5．1．1 光强波动引起折射率测量误差

5．1．2 波长误差所引起折射率测量误差

5．1．3 入射角误差所引起折射率测量误差

5．1．4 检偏角测量误差所引起的折射率测量误差

5．1．5 样品温度变化引起折射率测量误差

5．1．6 误差总体分析

5．2 本草小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

声明

附录