消光比自动测试系统的实验研究

　　1　引　言

　　消光比的测量属偏光参数测量的部分内容,主要是对偏光镜本身的工作参数进行精确定标,消光比测量的精确程度将影响到利用偏光镜对各种光辐射的偏振性质进行测量和鉴别的检测精度,以及利用偏光镜对其他具有偏光变换性质的光学器件和仪器系统的偏振响应的检测和分析。随着激光技术和偏振光应用的不断发展,消光比的精确测量显得更为重要。

　　对于偏光镜消光比的测量人们曾做过一些工作,主要有双镜测试法及高消光比测试法等[1,2],但是上述方法存在着精度不高或是操作繁琐的不足。本文在传统的消光比测量的基础上提出了进一步提高精度的自动化测试系统,利用计算机进行步进电机的驱动和数据的采集与处理,克服了人工操作的麻烦和精度不高的缺点,实验操作简单、精度高,实现了光、机、电、算一体化的精密测量,并取得了良好的实验结果。

　　2　理论分析

　　2.1　消光比的一般测试方法[3,4]

　　通常偏光镜的消光比定义为

　　其中,T1为待测偏光镜在主透射方向的透射比,T2为待测偏光镜在主消光方向的透射比,通常T1 T2。显然,如果入射光是完全偏振光,则旋转待测偏光镜测量其主截面与入射光振动方向平行和垂直时的主透射光强,即可得到T1和T2,从而定出待测偏光镜的消光比。

　　实验原理如图1所示。通过调整和旋转起偏器P,使得从P透射出的光强强度最大。然后引入待测棱镜Px。以光线为轴不断地旋转,通过探测器的读值可以得到两个极值,即极大值T1和极小值T2。根据定义ρ=T2/T1,即可测定待测棱镜的消光比。

　　上述直接测量很难获得较高灵敏度和精度。

　　2.2　消光比自动测试系统

　　为了提高测量灵敏度和精度,我们提出了消光比自动测试方法,即在起偏镜和样品之前加一可变衰减器(由起偏镜P1和圆起偏镜P2组成),如图2所示。由两偏光镜P1,P2及1/4波片构成可变光强圆起偏器,本实验中衰减倍数可达10-5,即最大透过光强和最小透过光强之比为105,这样可保证待测镜最大与最小透射光强都落在探测器的线性范围之内,待测镜透射光强可由下式表示

　　式中I0为圆起偏镜P2的入射光强,T2(θ)为P2的透过率,θ为起偏镜P1与P2主透射方向的夹角,T2与T2′为P2的极大与极小透过率,即P2的最大衰减比为ρ′=T2′/T2,T3为起偏镜P3的透过率,同理T及T′分别为待测偏光镜P的极大及极小透过率,α为P3与P主透射方向的夹角。由(3)式可知,对应不同的θ值有不同的T2(θ),因此可测定可变衰减器的衰减曲线,当选取的P1,P2的最大衰减倍数更高时(< 10-7),可以选择适当的θ值,满足对不同的待测镜进行测量,但此时测试系统对环境电磁干扰及电源稳定性等将提出更高的要求。作为该研究的阶段性工作,目前我们采用的是最大衰减倍数,这主要是受软件编程等方面的限制,在随后的研究中将作进一步的完善,减小偏光镜转动步距(实验中为0.9°/步),选用精度更高的可变衰减器,修改程序实现某一θ角时测量,以达到更高的测量精度。