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应用双弹光级联差频调制的红外材料应力缺陷检测

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红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 126-133页

作者：李克武王爽李孟委王志斌中北大学电气与控制工程学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051

为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测,采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联,构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数,被加载到偏振测量系统调制信号中;利用数字锁相技术同时获取调制信号的... 详细信息

为了实现对Si、Ge、GaAs等红外材料应力缺陷检测,采用两个工作在不同频率的光弹性调制器级联,构成偏振测量系统。应力缺陷引入的双折射延迟量和快轴方位角两个参数,被加载到偏振测量系统调制信号中;利用数字锁相技术同时获取调制信号的基频项和差频项幅值,然后完成两个应力参数求解。详细分析了检测原理,并搭建了实验系统进行验证。实验结果表明,该检测方法及实验系统实现了应力方向角标准偏差为0.31°,应力双折射延迟量标准偏差为0.72 nm,高速、高精度和高重复度的应力缺陷检测,并且实现了Ge样品的应力缺陷方向和值大小分布测量,可为红外材料质量测试分析和评估提供有效手段。

关键词：应力缺陷弹光调制快轴方位角延迟量

基于双弹光级联差频调制的应力双折射二维分布测量

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光学精密工程 2023年第18期31卷 2647-2655页

作者：李克武邱元芳崔志英毛磊王志斌匡翠方浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310014 宁波永新光学股份有限公司浙江宁波315040 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051

为了实现对光学材料、光学元件的快速、高精度应力双折射测试评估分析,本文提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射二维分布测量方案。将两个工作在不同频率的弹光调制器级联,构成偏振测量装置。光学材料和元件的应力双折射延迟... 详细信息

为了实现对光学材料、光学元件的快速、高精度应力双折射测试评估分析,本文提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射二维分布测量方案。将两个工作在不同频率的弹光调制器级联,构成偏振测量装置。光学材料和元件的应力双折射延迟量和快轴方位角参数,被加载到偏振测量装置的调制信号中;采用数字锁相技术,提取调制信号的基频项和差频项,然后完成应力双折射延迟量和快轴方位角两个参数求解;按照原理分析,研制了测试系统,并完成了系统初始偏移值定标;采用波片进行了测量精度和重复性测试,并完成了BK7玻璃样品的应力双折射分布测量实验。实验结果表明,该系统的快轴测量重复性为0.01°,双折射延迟量测量重复性为0.02 nm,单数据点测量时间小于200 ms。本文方案实现了高速、高精度和高重复度的应力双折射测量,同时具备应力双折射二维分布测量能力,可为波片、玻璃或晶体等光学材料双折射测量分析和评估提供有效手段。

关键词：弹光调制差频调制应力双折射延迟量快轴方位角

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基于径向偏振光的波片参数测量方法

中国激光 2022年第17期49卷 75-82页

作者：唐凡春步扬吴芳王向朝中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室上海201800 中国科学院大学北京100049

提出了一种利用径向偏振光同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的方法。水平线偏振光通过涡旋半波片后生成径向偏振光,然后用径向偏振光照射被测波片。由于径向偏振光具有空间非均匀分布的偏振特性,对单次检偏后采集的光强分布依次进行R... 详细信息

提出了一种利用径向偏振光同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的方法。水平线偏振光通过涡旋半波片后生成径向偏振光,然后用径向偏振光照射被测波片。由于径向偏振光具有空间非均匀分布的偏振特性,对单次检偏后采集的光强分布依次进行Radon变换和最小二乘拟合,可得到强度调制曲线。最后对强度调制曲线进行傅里叶分析,就可计算得到被测波片的相位延迟量和快轴方位角。实验结果表明,当波片的快轴与水平方向的夹角为45°时,消色差1/4波片和808nm零级1/4波片的相位延迟量和快轴方位角的测量标准差小于0.03°。该方法测量装置简单,测量过程无需转动器件,测量快速方便且测量精度高。

关键词：测量相位延迟量快轴方位角径向偏振光波片

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基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量

光学学报 2023年第1期43卷 102-108页

作者：陈强华关裕周胜丁锦红吕洪波孙启国罗会甫北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 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... 详细信息

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′。

关键词：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

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基于双弹光级联差频调制的波片参数测量研究

光子学报 2023年第11期52卷 182-191页

作者：王爽崔志英冯华君李克武王志斌中北大学计算机科学与技术学院太原030051 宁波永新光学股份有限公司宁波315040 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心太原030051 浙江大学光电科学与工程学院杭州310041

为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试,提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联,构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中,采... 详细信息

为了实现对波片快轴方位角和延迟量参数快速、高精度测试,提出了一种基于双弹光级联差频调制的波片参数测量方案。选用两个工作频率不相同的弹光调制器级联,构成偏振分析测量装置。波片的两个参数被加载到偏振分析装置的调制信号中,采用数字锁相技术同时提取调制信号的基频项和差频项,然后完成波片全部参数求解。按照原理分析,搭建了实验系统,并完成了系统初始偏移值定标,完成了632.8 nm的1/4波片,532 nm的1/4波片和1/2波片实验测量。实验结果表明,本文方案的快轴方位角测量最大偏差为0.2°,角度测量标准偏差为0.02°;波片的相位延迟量标准偏差优于5.64×10^(-4)rad,单点数据测量时间仅为200 ms。考虑到波片材料的双折射色散,根据检测激光波长下测量的相位延迟量,进一步计算出应用波长的波片延迟量。测量值与理论值最大偏差不超过1.17 nm,延迟精度优于λ/300。本文方案实现了高速、高精度和高灵敏的波片参数测量,可为波片加工测试和实验定标提供有效手段。

关键词：弹光调制差频调制波片快轴方位角延迟量

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基于弹光调制的双折射测试系统数据处理研究

光学技术 2023年第1期49卷 64-69页

作者：杜洽伟李克武王志斌中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051

干涉法和补偿法等双折射测量方法需要转动待测样品或偏振元件,操作不便、测量速度慢、精度有限。提出了一种双弹光调制与上位机组成的双折射系统。由弹光调制来产生调制信号,加载待测样品信息,调制信号采集至上位机中进行数据处理,进一... 详细信息

干涉法和补偿法等双折射测量方法需要转动待测样品或偏振元件,操作不便、测量速度慢、精度有限。提出了一种双弹光调制与上位机组成的双折射系统。由弹光调制来产生调制信号,加载待测样品信息,调制信号采集至上位机中进行数据处理,进一步完成延迟量和快轴方位角求解。对测试方案原理进行分析,重点进行了系统数据处理的上位机设计与实现,完成了软硬件系统搭建。采用1/4波片进行了实验测试,实验结果表明延迟量测量相对误差为2%,快轴方位角测量相对误差为0.4%,延迟量和快轴方位角的标准差分别为0.056nm和0.022°。

关键词：双折射弹光调制上位机设计延迟量快轴方位角

一种基于PEM和EOM联合调制的波片参量检测方法

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激光与红外 2022年第2期52卷 240-246页

作者：李春阳张敏娟李克武杨坤辜航张宁中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051

波片作为一种能改变入射光偏振状态产生相位延迟的重要光学元件,它的准确快速测量一直是研究的热点,为了解决波片参量检测灵敏度不足、速度慢的问题,提出了一种基于弹光和电光联合调制同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的简单方法。... 详细信息

波片作为一种能改变入射光偏振状态产生相位延迟的重要光学元件,它的准确快速测量一直是研究的热点,为了解决波片参量检测灵敏度不足、速度慢的问题,提出了一种基于弹光和电光联合调制同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的简单方法。在该方法中一个参考光路用于监测PEM的相位延迟量实现相位的稳定控制,另一个光路在PEM保持稳定后实现待测波片参量的检测,基于FPGA与数字锁相技术提取探测信号的倍频分量和直流分量,并在片上可编程系统中实现数据处理,从而快速高精度完成对波片相位延迟量和快轴方位角的检测。实验结果显示在PEM相位延迟量稳定在2.405 rad时,该系统检测波片的相位延迟量和快轴方位角的平均相对偏差分别为0.27%和0.25%。测量过程简单快捷、测量精度较高。

关键词：相位延迟量快轴方位角弹光调制电光调制数字锁相技术

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高性能波片测量仪设计研究

高性能波片测量仪设计研究

作者：王金伟中北大学

学位级别：硕士

波片是一种十分重要的光学器件,被广泛应用于应用光学和无损检测等领域中,相位延迟量和快轴方位角作为波片的重要参数,对其进行精确测量不仅可以监测波片在加工过程中造成的应力不均匀,还可以为波片应用者提供参数指导。随着电子信息技... 详细信息

波片是一种十分重要的光学器件,被广泛应用于应用光学和无损检测等领域中,相位延迟量和快轴方位角作为波片的重要参数,对其进行精确测量不仅可以监测波片在加工过程中造成的应力不均匀,还可以为波片应用者提供参数指导。随着电子信息技术和光学应用技术的迅猛发展,特别是自动测量技术和数字显示技术的引入更使光学精密测量获得了突破性进展。传统波片相位延迟量和快轴方位角测量方法已不能满足光学精密测量的时代要求。为了能够精确地测量波片相位延迟量和标定快轴方位角,实现测量系统的集成化和自动化,论文基于弹光调制技术与数字锁相技术相结合的新型波片测量技术,提出了高精度相位延迟量和快轴方位角的测量方法,设计了自动测量波片系统,并对测量结果进行了分析。因此,本文主要从以下几个方面展开阐述研究。1、研究了波片光学原理、弹光调制器工作原理以及数字锁相原理,提出了基于弹光调制技术和数字锁相技术相结合的新型测量波片相位延迟量和快轴方位角原理,并运用Stokes参量和Muller矩阵对测量原理进行了理论推导,为设计高精度测量波片相位延迟量和标定快轴方位角系统奠定了坚实的理论基础。2、设计了以FPGA为核心的硬件电路,完成了电源电路、模数转换电路、FPGA外围电路和串口通信等电路的设计;在FPGA中实现了基于DDS技术方波驱动信号发生模块、串口通信模块、A/D采集时钟控制模块、数字锁相模块、步进电机控制模块和测量结果显示模块的设计,对各功能模块进行了功能仿真测试,为实现测量系统的集成化和自动化奠定了基础。3、搭建了实验系统,并对λ/4波片进行了多次测量,用液晶显示屏显示相位延迟量和快轴方位角测量结果,由步进电机完成对波片快轴的标定。实验结果表明该系统对λ/4波片快轴方位角的测量精度优于0.31°,相位延迟量的测量精度优于99.47%。测量系统的弹光调制器驱动信号、电机驱动信号、数据运算都由FPGA控制,实现了光机电一体化。

关键词：波片弹光调制器 FPGA 相位延迟量快轴方位角

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波片相位延迟量测量和快轴标定系统

红外与激光工程 2019年第2期48卷 211-216页

作者：王金伟李克武景宁罗欣玮王志斌中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

为了能够快速精确地测量波片相位延迟量和快轴方位角,实现测量系统的集成化和自动化,设计了基于弹光调制技术与数字锁相技术相结合的波片测量系统。采用弹光调制器对检测激光进行调制,运用基于FPGA的数字锁相技术提取调制信号的一、二... 详细信息

为了能够快速精确地测量波片相位延迟量和快轴方位角,实现测量系统的集成化和自动化,设计了基于弹光调制技术与数字锁相技术相结合的波片测量系统。采用弹光调制器对检测激光进行调制,运用基于FPGA的数字锁相技术提取调制信号的一、二倍频项,利用优化算法解调出波片相位延迟量和快轴方位角,步进电机带动波片转动使快轴到达零度位置,相位延迟量由LCD显示出来。搭建了实验系统,并对1/4波片进行了测量。实验结果表明:该系统对1/4波片快轴方位角的测量精度优于0.31°,相位延迟量的测量精度和重复度分别优于99.47%和0.14°。测量系统的弹光调制器驱动信号、电机驱动信号、数据运算都由FPGA控制,实现了光机电一体化。

关键词：弹光调制数字锁相波片快轴方位角相位延迟量