一种光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号调制技术领域，具体涉及光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方 法。
【背景技术】
[0002] 光弹调制器是一种基于光弹效应的相位调制器件，具有通光孔径大、全视场角大、 调制频率高、使用波段宽、驱动电压低、功耗小等优点，是偏振调制技术中的核心器件，在生 物物理、物理化学、晶体生长等领域有着极其广泛的应用。
[0003] 精确校准光弹调制器是获得准确测量的前提与基础。校准光弹调制器通常采用示 波器特征波形、基频分量、二次谐波分量或直流分量为零或极值、单光子计数等方法(PEM-100 photoelastic modulator user manual;Applied Optics,15,1960,1976; Thin Solid Films, 455,78,2004.)。上述各个方法都是对单一的峰值延迟量进行校准，其中峰 值延迟量为η的整数倍时示波器上的波形是"平头"或"平底"特征，峰值延迟量为2.405时直 流分量为零，峰值延迟量为1.841时基频分量幅度最大，峰值延迟量为5.136时二次谐波分 量为零。对于单一峰值延迟量的校准，如果在某些波段范围内光弹调制器能够实现的峰值 延迟量小于标定时的峰值延迟量，则在此波段范围内无法校准光弹调制器。另外，光强的波 动也会严重影响校准精度。复杂的单光子计数技术无法实用于光弹调制器的校准。针对上 述各种标定方法的不足，本发明提出一种在光弹调制器的整个工作区间内精确校准任意 峰位延迟量的新方法，其光学系统及信号处理简单且校准精度和入射光强、光学元件方位 角无关，此外该方法无需相移器，非常适合于多波长、全范围的光弹调制器的精确校准。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种精确校准光弹调制器任意峰值延迟量的新方法，适合 于多波长、全范围的光弹调制器的精确校准。
[0005] 校准原理如下： 当方位角为〇°的光弹调制器置于方位角分别为45°和-45°的起偏器和检偏器之间时， 探测器上测量的光强随时间的变化规律为：
其中，1〇是入射光强屬是峰值延迟量，II是光弹调制器对入射光的调制角频率，li) 是探测器上的信号随时间的变化。示波器测量的/(〇输出为数字波形，采用公式（1)对输出 波形进行拟合就可以得到峰值延迟量_。这个方法能够用于精确校准任意的峰值延迟量 沿，。
[0006] 本发明提供的光弹调制器的校准方法，具体步骤为： (1)将光弹调制器设置于起偏器、检偏器之间，入射光依次经过起偏器、光弹调制器、检 偏器，由探测器进行测量； (2) 设置峰值延迟量，探测器上获得相应的波形;数值拟合波形信号获得峰值延迟量的 实际值，并进一步得到峰值延迟量设置值与实际值间的关系； (3) 根据设置值与实际值间的关系，计算获得任意峰值延迟量所需的设置值。
[0007] 本发明中，所述的起偏器和检偏器为偏振棱镜、散射型偏振器或二向色性线性偏 振器。
[0008] 本发明中，所述的起偏器和检偏器的透光轴与光弹调制器的振动轴不重合。
[0009] 本发明中，所述的入射光是激光、白炽灯、汞灯。
[0010] 本发明中，所述的探测器是能够输出数字信号的测量仪器，包括示波器和数据采 集板。
[0011] 本发明中，所述的光弹调制器和检偏器中间，还可以放置引入固定相移的相移器。
[0012] 本发明中，所述的相移器为泡克尔斯盒、克尔盒、液晶相位延迟器、波片、巴比涅补 偿器、索雷补偿器或贝雷克补偿器。
【附图说明】
[0013] 图1为校准光弹调制器的光路图。
[0014] 图2为峰值延迟量的设置值为2. 5 13时的示波器波形（空心圆）和采用 _義__嘯_函数拟合(实线)得到的峰位延迟量为2.627。
[0015] 图3为峰值延迟量的设置值为3. 142时的示波器波形（空心圆）和采用 [% ?05(?Ι?)；|函数拟合(实线)得到的峰位延迟量为3.230。
[0016] 图4为峰值延迟量的设置值为4. 398时的示波器波形（空心圆）和采用 f沉〖私fGi你)〗函数拟合(实线)得到的峰位延迟量为4 · 515。
[0017] 图5为峰值延迟量拟合值y与峰值延迟量设置值X间的线性关系为y = 1.01*x+ 0.059〇
【具体实施方式】
[0018] 下面通过具体实施例进一步描述本发明： 实施例1: 校准光弹调制器的光路图如图1所示。
[0019] 氦氖激光经过方位角为45°的偏振棱镜(起偏器）后，经过方位角为0°的光弹调制 器，然后再经过方位角为-45°的偏振棱镜(检偏器），随后光入射到光电二极管上，光电二极 管输出的电信号被示波器检测。设置光弹调制器控制器上的峰值延迟量，示波器上的波形 随之改变。数字输出示波器上的波形。采用_|_:?_?_函数拟合获得峰值延迟量的拟合 值。在峰值延迟量的可调范围内，逐渐改变峰值延迟量的设置值并依次拟合获得对应的峰 值延迟量拟合值。拟合得到可调范围内的峰值延迟量拟合值与峰值延迟量设置值间的线性 关系。对于任意峰值延迟量的真实值（即拟合值），可以通过上述线性关系反推得到峰值延 迟量的设置值。
[0020] 峰值延迟量的设置值为2.513时的示波器波形为空心圆，采用:_?|_|_戀_:函数 拟合(实线)得到的峰位延迟量为2.627。如图2所示。
[0021] 峰值延迟量的设置值为3.142时的示波器波形为空心圆，采用糖函数 拟合(实线)得到的峰位延迟量为3.230。如图3所示。
[0022] 峰值延迟量的设置值为4.398时的示波器波形为空心圆，采用C孤函数 拟合(实线)得到的峰位延迟量为4.515。如图4所示。
[0023]峰值延迟量拟合值y与峰值延迟量设置值X间的线性关系为y=1.01*x+0.059。如图 5所示。
【主权项】
1. 一种光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法，当方位角为0°的光弹调制器置于 方位角分别为45°和-45°的起偏器和检偏器之间时，探测器上测量的光强随时间的变化规 律为：其中，Ιο是入射光强，1?是峰值延迟量，β是光弹调制器对入射光的调制角频率，Ι?β 是探测器上的信号随时间的变化;示波器测量的输出为数字波形，采用公式（1)对输出 波形进行拟合，即得到峰值延迟量，具体步骤为： (1) 将光弹调制器设置于起偏器、检偏器之间，入射光依次经过起偏器、将光弹调制器、 检偏器，由探测器进行测量； (2) 设置峰值延迟量，探测器上获得相应的波形;数值拟合波形信号获得峰值延迟量的 实际值，并进一步得到峰值延迟量设置值与实际值之间的关系； (3) 基于设置值与实际值之间的关系，计算获得任意峰值延迟量所需的设置值。2. 根据权利要求1所述的光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法，其特征在于，所述 的起偏器和检偏器为偏振棱镜、散射型偏振器或二向色性线性偏振器。3. 根据权利要求2所述的光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法，其特征在于，起偏 器和检偏器的透光轴与光弹调制器的振动轴不重合。4. 根据权利要求1所述的光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法，其特征在于，所述 的入射来自于激光、白炽灯、汞灯。5. 根据权利要求1所述的光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法，其特征在于，探测 器为能够输出数字信号的测量仪器，包括示波器、数据采集板。6. 根据权利要求1所述的光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法，其特征在于，所述 的光弹调制器和检偏器中间，还放置有引入固定相位差的相移器。7. 根据权利要求6所述的光弹调制器的任意峰值延迟量的校准方法，其特征在于，所述 的相移器为泡克尔斯盒、克尔盒、液晶相位延迟器、波片、巴比涅补偿器、索雷补偿器或贝雷 克补偿器。
【专利摘要】本发明属于信号调制技术领域，具体为一种光弹调制器的峰值延迟量的校准方法。本发明采用的技术方案是：将光弹调制器置于两个偏振器之间；入射光依次经过起偏器、光弹调制器、检偏器后，由探测器测量；设置光弹调制器的峰值延迟量，探测器上获得一个波形；将该波形输出为数字信号，采用软件对波形进行拟合，从而获得峰值延迟量的实际值（即拟合值）。基于峰值延迟量的设置值与实际值的关系计算获得任意峰值延迟量所需的设置值。本发明能够对光弹调制器任意峰值延迟量进行校准，主要用于信号调制技术和误差修正。
【IPC分类】G02F1/01, G01D18/00
【公开号】CN105675039
【申请号】CN201610025915
【发明人】朱成钢, 陈儒, 费义艳
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月15日