多轴分光镜组分光偏振特性检测技术研究

发布时间：2017-09-18 21:29

  本文关键词：多轴分光镜组分光偏振特性检测技术研究

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【摘要】：近年来,双频激光干涉仪朝着微型化、模块化、无源化、多轴化等方面不断发展,对高质量的多轴分光镜组需求日益迫切。干涉测量中镜组的应用虽然避免了部分器件的装配误差,但测量结果仍存在着非线性误差,制约了系统精度的进一步提高。本文总结了多轴镜组干涉测量中造成非线性误差的原因,比较了分光镜传统测量方法与新型测量方法的优缺点,提出了多轴镜组分光特性检测方案,建立了针对该方案的求解模型;最后,通过设计光电转换电路和数据采集系统,成功实现了镜组分光特性参数的检测。课题主要研究的内容如下:1.提出一种完善的多轴镜组分光特性测量方案。方案通过旋转待测镜组前的起偏棱镜,使经过镜组分光后两路光线光强发生改变,通过从理论上推导光路中各个器件对光线偏振态的影响,建立了一个包含双频激光椭圆极化角、非正交角、镜组等效能量透射率与反射率以及放置误差等参数的整体测量模型,完成了对这些参数的理论求解。2.设计完成多轴分光镜组分光偏振特性测量系统。课题设计了基于PIN探测器的高精度、大带宽光电转换电路;基于FPGA和DSP的数据采集系统硬件电路;基于Lab VIEW的上位机控制程序以及基于MATLAB的数据处理程序,实现了对双路光强变化的数据采集以及处理。3.对整个测量系统的各个模块进行了测试与分析,对存在误差的主要模块进行了软件矫正处理。最后,本系统成功实现了多轴镜组分光特性参数的检测,测量的镜组等效能量透射率及其标准差为97.74%±0.07%,等效能量反射率为98.87%±0.08%,光源非正交角为0.506°±0.050°,椭圆极化角为-0.225°±0.007°与-0.440°±0.008°,放置的旋转角度误差为-0.297°±0.031°。
【关键词】：多轴分光镜组 非线性误差 分光特性 位置误差
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题背景及研究目的和意义10-11
• 1.2 多轴分光镜组干涉测量的非线性研究现状11-16
• 1.2.1 激光光源引起的非线性12-13
• 1.2.2 分光镜引起的非线性13-15
• 1.2.3 其他光学器件引起的非线性误差15-16
• 1.3 多轴分光镜组测量研究现状16-20
• 1.3.1 传统棱镜检测方法17-19
• 1.3.2 新式棱镜检测方法19-20
• 1.4 主要研究内容20-22
• 第2章 多轴分光镜组检测系统的原理和方案22-42
• 2.1 引言22
• 2.2 多轴镜组分光特性检测方案22-25
• 2.2.1 同时分光测量方案23
• 2.2.2 分时分路测量方案23-25
• 2.3 多轴分光镜组测量方案理论模型推导25-33
• 2.3.1 激光光源琼斯矩阵表达式25-26
• 2.3.2 线偏振器琼斯矩阵表达式26-27
• 2.3.3 PBS分光琼斯矩阵表达式27
• 2.3.4 全反射面琼斯矩阵表达式27-28
• 2.3.5 波片琼斯矩阵表达式28
• 2.3.6 镜面反射琼斯矩阵表达式28-29
• 2.3.7 双路输出光强表达式推导29-33
• 2.4 多轴分光镜组分光特性参数求解33-41
• 2.4.1 起偏角确定33-37
• 2.4.2 等效能量透射率和反射率求解37-38
• 2.4.3 旋转角度与非正交角求解38-40
• 2.4.4 光源椭圆极化角求解40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 光电转换电路设计42-50
• 3.1 引言42
• 3.2 前置放大电路42-44
• 3.2.1 光电探测器选型42-43
• 3.2.2 I-V前置转换电路设计43-44
• 3.3 次级放大电路44-45
• 3.4 真有效值电路45-47
• 3.4.1 有效值检测方案45-46
• 3.4.2 真有效值芯片的选择46-47
• 3.4.3 真有效值转换电路设计47
• 3.5 比例调节电路47-48
• 3.6 单端转差分电路48-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第4章 数据采集处理系统软硬件设计50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 采集系统硬件设计50-52
• 4.2.1 FPGA逻辑电路50-52
• 4.2.2 DSP主控电路52
• 4.3 采集系统软件设计52-58
• 4.3.1 基于FPGA的采集程序设计53-56
• 4.3.2 基于DSP的主控程序设计56-58
• 4.4 数据处理软件设计58-62
• 4.4.1 基于LabVIEW的上位机程序设计58-61
• 4.4.2 基于MATLAB的数据处理程序设计61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 实验与测量结果分析64-78
• 5.1 引言64
• 5.2 数据采集电路精度实验64-65
• 5.3 光电转换电路检测65-73
• 5.3.1 真有效值转换非线性实验65-68
• 5.3.2 光电转换电路一致性实验68-71
• 5.3.3 光电转换电路稳定性测试71-73
• 5.4 多轴镜组分光特性检测试验73-76
• 5.5 测量数据误差分析76-77
• 5.5.1 多轴镜组透射率和反射率误差76
• 5.5.2 旋转角度与非正交角求解误差76-77
• 5.5.3 光源椭圆极化角求解误差77
• 5.6 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 钟志,谭久彬,陈洪芳,单明广;偏振分光镜传输系数不等对非线性误差的影响[J];光电工程;2005年09期

2 王文绵;用于精密和超精密测长的双频激光干涉仪[J];航空精密制造技术;1995年02期

3 所睿,范志军,李岩,张书练;双频激光干涉仪技术现状与发展[J];激光与红外;2004年04期

4 陈洪芳;丁雪梅;钟志;;偏振分光镜分光性能非理想对激光外差干涉非线性误差的影响[J];中国激光;2006年11期

5 李明宇,顾培夫;光子晶体偏振分光镜的优化设计[J];物理学报;2005年05期

6 任晓;侯文玫;;偏振光器件对外差干涉仪非线性的影响[J];中国科技论文;2012年01期

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本文编号：877608