固体微片Nd∶YAG激光器的偏振跳变效应研究

为了研究基于激光回馈的偏振跳变效应与相位延迟间的内在联系,采用微片Nd∶YAG激光器(中心波长1064 nm)为光源,回馈腔内置两个相对旋转的λ/4波片改变相位延迟,在调谐回馈腔长的过程中研究了激光器的光强输出和偏振态变化。结果表明,随着回馈腔内相位延迟增大,偏振跳变点的凹陷逐渐加深,两个偏振态的光强调制波形宽度趋于相同;当回馈腔中相位延迟为90°时,两正交偏振态在一个强度调制周期内持续时间相同,每一次偏振跳变对应回馈腔长改变λ/4。此不同相位延迟下偏振跳变点的变化规律,为1064 nm波长下的波片相位延迟测量提供了潜在方法,同时相位延迟对激光器输出光强曲线的整形、为激光回馈条纹(自混合干涉条纹)的光学细分提供了依据。

激光回馈双折射测量系统稳频技术研究

波片、晶体等自然双折射元件广泛应用于各种光学系统中。普通光学元件在加工、镀膜等过程中会引入残余的内应力,形成双折射。双折射会对整个光学系统的性能产生影响,需要对其进行精确测量。基于激光回馈效应,利用偏振跳变中光强调制曲线与双折射的线性关系,构建了光学元件双折射测量系统。通过引入稳频技术,使激光器长期稳定单纵模运转,增强了激光器的抗干扰能力,提高了系统的稳定性。实验结果表明,构建的激光回馈双折射测量系统测量精度优于0.24°,重复测量最大偏差0.13°,标准差0.06°,稳定性好,可靠性高,可实现在线测量。该系统有潜力应用于微小应力的在线测量,如飞机座舱盖、汽车玻璃等。

激光回馈波片位相延迟测量的误差源及消除方法

激光回馈法是一种新型的波片位相延迟测量方法。将波片放置在激光器与回馈镜之间,可使激光回馈波形产生偏振90°旋转(即跳变)现象,而两偏振态所占的周期比(占空比)与波片的位相延迟相关。通过测量占空比即可由计算机自动给出波片位相延迟。采用双向扫描回馈镜,2次获得并测出占空比,这样可以很好地消除两偏振态损耗的波动造成的测量误差,提高了该方法长期测量的稳定性。测量的重复性达到0.5°。该方法结构简单,在线测量精度高,满足工业化生产的需要。

激光回馈玻璃材料微小内应力检测技术

平板玻璃广泛应用在建筑、交通、航天等领域,其应力大小是衡量产品质量的重要指标,为快速准确地检测退火后玻璃中的微小应力,本文基于激光回馈效应研究平板玻璃应力测量技术。通过论述激光回馈理论中的偏振跳变现象,分析系统中存在的测量锁区问题,并采用增加偏置波片的方法,间接扩大了系统测量范围。对样品的测量结果进行误差分析,排除外界温度引起的误差后,检测技术的精确性与重复性得到提高。实验结果表明:平板玻璃样品的应力测量结果中最大值为0.65 Mpa,标准差低于0.15 Mpa,属于产品的标准应力范围,此外测试系统具有结构简单、精确度高、稳定性强等特点,为实现在线无损检测平板玻璃应力提供重要方法。

两相对旋转的四分之一波片的激光回馈效应

为解决激光回馈在测量较小双折射元件的相位延迟时存在锁区的问题,研究组合1/4波片在He-Ne激光器回馈外腔中的回馈效应,通过在回馈外腔中放入两片1/4波片,旋转其中一片波片,改变两波片的快慢轴夹角,会产生偏振跳变现象。实验发现,当两波片的快慢轴的夹角改变时,偏振跳变现象一直存在并且跳变点的位置在改变,即组合波片相位延迟可以实现连续变化。当两波片的快慢轴夹角在0°~90°范围内变化时,5次重复实验发现,组合波片的等效相位延迟可从19.79°变化至160.06°,重复测量最大偏差为0.6°,最大标准差为0.25°。组合波片可应用到激光回馈测量微小双折射元件测量当中,作为偏置元件为测量系统调制出所需补偿的相位延迟。

激光回馈双折射测量系统稳定性能优化

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。