调制偏振光在光学精密测量和方位信息传递中的应用研究

论文摘要

调制偏振光在光学精密测量和光学信息传递中有重要的应用价值。光学相位延迟测量系统的研究，可用于测量光学延迟器的相位延迟，也可用于产生任意的光学相位延迟量。方位信息传递技术可以使位于不同平面上的两台无机械连接的设备，通过光学的方法实现空间方位同步，从而实现方位角度信息的传递，在航空、航天、生化等领域具有广泛的应用前景。本论文题目是导师所在公司的研发项目，论文在调制偏振光理论研究的基础上，对其进行了方位信息传递和光学相位延迟精密测量技术的应用研究。 理论研究主要是在现有理论基础上，对调制偏振光的机理进行进一步的研究。包括偏振光调制的物理基础、在晶体中的传播、偏振器件、偏振调制理论和理论优化。作为调制偏振光的应用系统，提出了方位信息传递和相位延迟测量系统的物理模型和整体方案，研究其系统误差的消除，分析计算测量精度。重点研究影响系统精度的因素并提出解决方案。包括：倾斜光束对方位基准的影响，接受区域内方位的分布和成因；影响感生主轴稳定性的因素及方位校正方法等。 实验研究完成了包括方位信息传递和光学相位延迟精密测量两个系统的光学系统整体设计，各功能模块的设计和选配，测量系统调试，测量方案修正，系统的标定，测量和稳定性实验。目前已经实现了原理样机，主要性能指标达到了设计要求。 研究成果有： （1） 研制的光学相位延迟精密测量系统，可用于对光学延迟器的相位延迟进行精密测量，也可用于产生任意的光学相位延迟量，系统扩展后还可进行厚度、方位角、折射率等几何量和物理量的测量，以及对Soleil-Babinet补偿器进行标定。系统的测量精度达到λ／500（对632.8nm波长），重复精度在0.3％以内。 （2） 研制的方位信息传递系统，系统测量灵敏度达到5″，12小时稳

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 调制偏振光
• 1.1.2 方位信息传递
• 1.1.3 光学相位延迟精密测量
• 1.2 论文的主要研究工作
• 第二章 基本概念和相关理论
• 2.1 光学测量概述
• 2.2 偏振光理论
• 2.2.1 光波的偏振性及应用概述
• 2.2.2 偏振光的分类
• 2.2.2 偏振光的描述
• 2.2.2.1 三角函数法
• 2.2.2.2 琼斯矩阵法
• 2.2.2.3 斯托克斯矢量法
• 2.2.3.4 邦加球图示法
• 2.3 晶体中的偏振效应
• 2.3.1 晶体中的介电张量
• 2.3.2 平面波在晶体中的传播
• 2.3.3 单轴晶体和双轴晶体
• 2.3.4 石英晶体
• *P晶体'>2.3.5 KD^*P晶体
• 2.4 偏振器件
• 2.4.1 偏振棱镜
• 2.4.2 波片
• 2.4.2.1 波片定义及其分类
• 2.4.2.2 波片的应用
• 2.4.3 补偿器
• 2.4.3.1 Babinet补偿器
• 2.4.3.2 Soleil-Babinet补偿器
• 第三章 偏振光的调制
• 3.1 几种效应
• 3.1.1 电光效应
• 3.1.1.1 KDP晶体电光效应
• 3晶体电光效应'>3.1.1.2 LiNbO₃晶体电光效应
• 3.1.2 磁光效应
• 3.1.3 声光效应
• 3.2 电光调制
• 3.2.1 电光相位调制
• 3.2.2 电光振幅调制
• 第四章 方位信息传递系统
• 4.1 方位信息传递研究背景
• 4.1.1 方位信息传递的研究内容和意义
• 4.1.2 方位信息传递研究的当前进展
• 4.2 系统测量方案
• 4.2.1 系统整体设计
• 4.2.2 各功能模块的设计
• 4.2.3 测量步骤
• 4.3 实验结果和分析
• 4.3.1 实验结果
• 4.3.2 稳定性
• 4.3.3 精度和误差
• 4.3.4 倾斜光束对方位基准的影响
• 4.3.5 接收区域内方位的分布
• 4.3.6 校正晶体的作用
• 第五章 光学相位延迟测量
• 5.1 研究背景
• 5.1.1 光学相位延迟测量的研究内容和意义
• 5.1.2 国内外光学相位延迟测量研究情况及分类
• 5.2 测量原理
• 5.2.1 方案一:电光调制、直流补偿方案
• 5.2.2 方案二:电光调制加光学补偿方案
• 5.3 系统测量方案
• 5.3.1 系统整体设计
• 5.3.2 各功能模块的设计
• 5.3.3 系统调试和标定
• 5.3.4 光学相位延迟测量步骤
• 5.4 实验结果和分析
• 5.4.1 实验结果
• 5.4.2 稳定性
• 5.4.3 精度和误差
• 5.5 测量系统扩展
• 第六章 研究成果的商品化
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文完成的工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文