石英晶体双折射率色散关系的高精度测量

论文摘要

随着偏光技术与信息技术的发展,利用双折射现象,加工而成的偏光器件,已在很多领域有了广泛的应用。折射率是晶体的重要光学参数之一,其测量值对器件设计有至关重要的作用。测量双折射率的方法有很多,大多数是针对单一波长进行,先测出主折射率,然后由其推算出双折射率值,精度一般在10-4。比较精确的测量方法当数干涉测量法,如浸液干涉法和自补干涉法,它们的共同之处是精度比传统方法提高一至两个数量级,但是上述干涉法用于可见光之外的测量是不适宜的,并且测试所需样品精度要求非常高,一般晶体加工工艺难以保证,从而使得测量精度与理论精度相差较大。本文详细介绍了两种高精度测量石英晶体双折射率色散特性的方法。偏光干涉法和椭偏测量法。这两种方法都屏蔽了光源不稳定带来的影响,具有测量精度高,测量波段宽,光路简单,数据采集自动化等特点。论文共分五章：第一章绪论部分,对双折射率测量方法的研究现状做了简单说明,并对本论文的主要工作进行了概述。第二章双折射现象,简单介绍了双折射现象以及双折射现象的应用。并对根据晶体的双折射现象,加工而成的偏光器件做了分类及概括性说明。第三章偏光干涉法,介绍了利用偏光干涉法测量石英晶体双折射率的原理、实验、测量结果及误差分析等。第四章和第五章是本文的核心部分,这两章提出了两种利用椭偏仪测量石英晶体双折射率的方法,也是本文的创新点。第四章椭偏仪透射模式测量法,本章在椭偏光谱仪的水平透射测量模式下,通过对确定厚度的石英波片的相位延迟量的精确测量,计算出了石英晶体的双折射率值；并进行了误差分析。结果表明：这种方法光路简单,操作方便,屏蔽了光源的不稳定性；双折射率测量精度达到了10-6,同时还实现了对石英晶体的最大双折射率色散特性的连续光谱测量。此方法对其它双折射晶体材料的双折射率色散特性的研究也同样适用。本章详细介绍了利用椭偏仪透射模式测量石英晶体双折射率的原理、实验、结果、误差分析。并得出了双折射率随温度变化的实验数据及实验曲线。第五章椭偏仪反射模式测量法,利用菲涅尔公式推导出了利用椭偏仪反射模式测量晶体双折射率色散关系的原理,并对实验的校准方法作了说明。论文的主要创新是：一、对椭偏法测量石英晶体相位延迟量的实验进行了改进,提高了利用椭偏仪测量晶体相位延迟量的精度。二、在椭偏法测量石英晶体相位延迟量的基础上,选用厘米量级石英样品,测得了石英晶体最大双折射率的色散关系。这种方法对晶体最大双折射率的测量精度高达10-6。较偏光干涉法给出的最大双折射率的精度高一个数量级。为测量石英晶体双折射率随温度的变化关系提供了可能。三、推导出了利用椭偏仪反射模式下测量晶体双折射率色散关系的公式,原理；介绍了这种模式下的校准方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第二章 双折射现象
• §2.1 双折射现象
• §2.2 双折射现象的应用
• 第三章 偏光干涉法
• §3.1 偏光干涉
• §3.2 连续偏光干涉原理
• §3.3 实验测试系统
• §3.4 偏光干涉法测量结果
• 第四章 椭偏仪透射模式测量法
• §4.1 UVISEL椭圆偏振光谱仪
• §4.2 测量原理
• §4.3 透射模式下校准
• §4.4 透射模式下测量结果
• §4.5 双折射率温度效应的理论分析
• 第五章 椭偏仪反射模式测量法
• §5.1 椭偏仪反射模式
• §5.2 测量原理与校准
• 结论
• 参考文献
• 在校期间的研究成果及学术论文
• 致谢