北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144
提出了一种基于等效元件和相位补偿法的高精度任意波片相位延迟量和方位角同时测量的方法。在测量光路中的待测波片之前插入一个可旋转半波片，利用反射镜使测量光两次过该半波片和待测波片，相当于测量一个相位延迟量为待测波片两倍的等效波片，可以实现双倍分辨率检测。采用双频激光源和相位检测方式，旋转半波片补偿测量光相位，将测量光相对参考光的相位差变化先后调整为最大值和最小值，由二者之差即可得到任意待测波片的相位延迟量，同时根据最大值或最小值对应的半波片方位角即可确定待测波片的方位角。本方法所测量的波片相位延迟量从原理上避免了一般光强法所受到的光强波动的影响，以及许多方法所受到的双折射器件方位角定位精度的影响。系统采用双频外差干涉光路，具有共光路性质，稳定性高。测量系统结构简单、元件少，测量快捷。此外，由于测量光束两次通过待测波片的同一位置，因此所提方法还可以用于测量楔形结构的双折射器件。现有条件下的误差分析表明，相位延迟量的测量不确定度约为3.3'，快轴方位角的测量不确定度优于5.4''。实验对比结果表明所提方法与其他方法测量结果的一致性很好。
测量 波片测量 相位延迟量 等效元件 相位补偿 双倍分辨率 外差干涉
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Joint International Research Laboratory of Specialty Fiber Optics and Advanced Communication, School of Communication and Information Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China
Fiber quarter-wave plates and magneto-optical fibers are important components that greatly affect the sensitivity of fiber-optic current sensors. A Tb:YAG crystal-derived silica fiber (TYDSF) was fabricated using a laser-heating drawing technique. The linear birefringence of TYDSF was measured as by a microscope birefringence measurement instrument. A fiber quarter-wave plate was fabricated by TYDSF at 1310 nm, which produced circularly polarized light with a polarization extinction ratio of 0.34 dB. Additionally, the linear birefringence of TYDSF was decreased by 22% by annealing at 750°C for 7 h, and the Verdet constants of annealed TYDSF were measured to be 9.83, 6.67, and at 808, 980, and 1310 nm, respectively.
Faraday effect linear birefringence fiber quarter-wave plate Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110601
1 中国科学院 深圳先进技术研究院，广东 深圳 518000
2 深圳市三利谱光电科技股份有限公司 研发中心，广东 深圳 518107
3 河北工业大学 理学院，天津 300401
本文使用理论与实验相结合的方法研究了斜入射下液晶涂布型C-plate（Liquid crystal coated C-plate，LCC）对逆分散1/4波片（Reverse wavelength dispersion quarter wave plate，RQWP）补偿能力的优化特性。使用扩展琼斯矩阵比较了偏振光以任意角度通过RQWP、RQWP+LCC两种架构后出射光的椭圆率，探究了不同相位延迟RTH的LCC对出射光椭圆率的影响；测试了上述两种架构的圆偏光片在OLED（Organic light emitting-diode display）上的环境光反射率以及反射颜色色坐标。结果表明，LCC能够使45°斜入射时出射光的椭圆率提升10%以上，且在红、绿、蓝三色光条件下，调整LCC的RTH可使膜材架构的总折射率系数NZ趋近于0.5，获得最佳效果。使用RQWP+LCC架构的圆偏光片可使45°极角下OLED的环境光反射率降低3%。在工业生产中直接生产NZ=0.5的膜材拥有较高的技术难度，本文结论对开发NZ=0.5的膜材提供了新的可行方案。
斜入射 扩展琼斯矩阵 椭圆率 1/4波片 oblique incidence extended jones matrix method ellipticity quarter wave plate
在激光回馈原理的基础上，搭建了一套双折射元件测量系统，双折射元件为光学系统中使用广泛的1/4波片，对其相位延迟进行了测量。为了进一步改善系统的稳定性，对系统中的光源He-Ne激光器引入了温度稳频的方式，尝试通过控制激光器谐振腔的温度来控制谐振腔腔长的改变，使激光器长时间稳定工作在单纵模状态下，这种稳频方式可使He-Ne激光器的频率稳定度达到10-7，符合激光回馈测量的使用要求。最后，同一系统分别采用未稳频和温度稳频两种不同的方式，对1/4波片进行10次相位延迟量的测量，实验结果表明，未经稳频的系统10次重复测量的最大偏差为1.29°，标准差为0.47°，经过温度稳频后10次重复测量最大偏差为0.83°，标准差为0.29°，稳频后，系统的稳定性得到改善。
测量 激光回馈 1/4波片 温度稳频 偏振跳变 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712004
1 东北石油大学 物理与电子工程学院, 黑龙江 大庆 163318
2 哈尔滨工程大学 物理与光电工程学院, 纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨150001
基于二氧化钒（vanadium dioxide, VO2）的相变原理，提出了一种“树叶型”复合超构材料，能够实现带宽可调谐的半波片功能。VO2薄膜为绝缘态时，复合超构材料可以看作是空芯“树叶型”金属结构，能够实现双频带的半波片功能。在1.01~1.17 THz和1.47~1.95 THz 频带范围内能够将y偏振光转换成x偏振光，偏振转换率大于0.9且平均相对带宽为26%。VO2 薄膜为金属态时，实芯“树叶型”金属结构的超构材料在1.13~2.80 THz范围内能够实现反射型的宽频带半波片功能，相对带宽为85%。利用瞬时表面电流分布和电场理论详细地分析了带宽可调谐半波片器件的工作原理。本文所提出的“树叶型”复合超构材料半波片器件在太赫兹成像、传感和偏振探测等领域具有潜在的应用前景。
超构材料 半波片 带宽可调谐 太赫兹 VO2 metamaterial half-wave plate bandwidth-tunable terahertz VO2
1 北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144
2 北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081
波片精度对偏振光学系统性能有着重要的影响，故需要对其相位延迟量和快轴方位角进行高精度测量。提出了一种新型基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量方法，采用双频激光外差干涉光路，利用一个可旋转半波片和一个角锥反射棱镜测量待测波片，可实现任意波片的相位延迟量和快轴方位角的高精度同时测量。所提方法不受波片、偏振片等双折射器件的方位角精度的影响，从原理上避免了该类系统误差。所设计的系统具有共光路结构，测量稳定性高，信号处理采用相位检测方式相对于一般的光强检测方式测量精度更高。此外，所设计的测量系统中元件很少，结构简单，测量过程快捷。误差分析表明，在现有实验条件下，测量系统的波片相位延迟量的测量不确定度约为3.9'，快轴方位角的测量不确定度约为5''。实验比对结果表明，所提方法的测量结果与其他方法测量结果的一致性很好。重复性测量实验表明，测量结果的标准偏差约为2'。
测量 波片测量 相位延迟量 快轴方位角 双频激光干涉 相位检测
1 山东交通学院理学院，山东 济南 250357
2 曲阜师范大学物理工程学院山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东 曲阜273100
作为波片最重要的技术参数，波片相位延迟量的精确度会直接影响整个偏振光学系统的性能，在有些情况下，使用前需要对其进行精确测量。根据偏振干涉光谱曲线分布特性提出了一种测量波片相位延迟量的方法。此方法是将待测波片置于起偏镜和检偏镜之间，利用分光光度计测量一定范围内光谱透射率曲线，通过精确提取曲线上定值透射率对应波长，利用公式可同时获得待测波片的绝对相位延迟量、有效相位延迟量、波片级次、波片厚度等多个光学参数。理论分析和实验结果表明，该方法适用于具有任意延迟量的晶体零级或多级波片，具有测量精度高、对起偏镜与检偏镜透振方向和待测波片快轴方向调节无严格要求、操作简单的优势。
仪器，测量与计量 相位测量 偏振 波片 光谱技术 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0112004
1 山东交通学院理学院, 山东 济南 250357
2 曲阜师范大学物理工程学院 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273100
基于偏光干涉理论, 提出一种宽光谱范围内测量波片相位延迟量和厚度的方法。利用矩阵光学方法分析了光谱透射率曲线与中值透射率直线交点波长之间的关系, 给出待测波片的相位延迟量、波片厚度等多个物理量的计算公式并进行了误差分析。误差分析表明本方法相位延迟量测量最大误差为3.38°, 厚度测量最大误差为0.66μm。实验上利用分光光度计验证了本方法的有效性。本方法能够实现波片多物理量的同时测量, 且调节过程对于起偏器、检偏器透光轴方向及待测波片快轴方向无严苛要求, 测量过程对波片也无损伤和污染, 在波片加工、使用前质量评估等方面都具有一定的应用价值。
相位延迟量 透射率 波片 偏光干涉 phase retardation transmission wave plate polarization interference
1 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
2 光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003
合束是实现量子级联激光器高功率输出的关键技术，基于激光的偏振特性，研究了偏振合束的实验原理及实验方法。使用线栅偏振片和中波半波片组成偏振合束装置，对两路4.05 μm量子级联激光器进行偏振合束，测试了中波半波片对4.05 μm激光的透过率以及中波线栅偏振片对4.05 μm激光透射率和反射率与入射角的关系，通过实验研究，当透射路光束和反射路光束与线栅偏振片的夹角为30°时，透射路的透射率为81%，反射路反射率为91%，其光束合束效率达到约86%，并使用光束质量分析仪对合束之后的光束质量进行测试分析。结果表明：两路光束通过该合束装置合束之后，在保证合束效率的条件下，具有较好的光束质量。
偏振合束 量子级联激光器 线栅偏振片 半波片 polarization beam combining quantum cascade laser wire grid polarizer half-wave plate 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210679
曲阜师范大学物理工程学院山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东 曲阜 273165
针对波片常规设计中存在的零级波片厚度过小而不易制作、多级片的相位延迟量受温度影响较大的现状，给出了一种设计厚单元零级波片的思路与方法。根据单轴双折射晶体的光学性质，给出了厚单元零级波片设计的原理公式，据此使用任意单轴双折射晶体设计出可选择厚度的零级波片。分析了波片的厚度精度和温度变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响，并与常规设计波片进行了比较。分析结果表明：1 μm的厚度偏差对厚单元零级波片相位延迟量的影响小于0.3°，仅为相同厚度偏差下常规设计零级波片和多级波片的近6%；温度的变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响与其对常规设计零级波片的影响相近，而温度的变化对厚单元零级波片相位延迟量的影响仅为相同厚度常规设计多级片的近1/30。针对三个波长波片设计制作了实验样品并进行了实验测试，验证了厚单元零级波片设计和制作的可行性。所设计的厚单元零级波片具有综合相位延迟性能和厚度可以灵活设计的特点，且便于制作，较常规设计波片具有明显的优势。
激光光学 偏振光学 零级波片 相位延迟量精度 温度效应 中国激光
2022, 49(23): 2301010
