[發明專利]光彈調制測量系統

在審

• 申請號: 201410821124.6
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104502281A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 張宏毅;陳涌海;高寒松
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及光學技術領域，尤其涉及一種光彈調制測量系統。

背景技術

大多數晶體材料對不同偏振狀態的光有不同的響應，這是其重要性質之一。常見的偏振光學現象有線偏光二色性、圓偏光二色性、線性雙折射現象、旋光性等。這些性質可以用光彈調制器配合其他偏振元件進行方便的測量。

圖1為現有技術光彈調制測量系統的結構示意圖。如圖1所示，起偏器產生固定偏振方向的偏振光，光彈調制器在光彈調制器的作用下，借助窗口晶體的光彈效應對通過其的光束產生高速偏振態調制，偏振態被調制的光束經過樣品后，會受到樣品本身平面內光學各向異性的影響從而偏振態又一次發生變化，第一檢偏器的光學主軸與起偏器成45°角，檢測出偏振方向為該方向的光束，由第一光電探測器對光束強度的進行探測，第一鎖相放大器記錄第一光電探測器中對應于光彈調制器調制頻率的信號強度，數據采集及處理系統記錄和分析該信號，可以獲取樣品的平面光學各向異性信息。對于圖1所示的光彈調制測量系統，配合常見的高頻信號提取系統可以實現很高的實驗精度。

理論上，基于光彈調制器的測量系統精度可以達到10^-5量級。但是由于其不可避免的機械振動和靜電積累等因素，光彈調制器對入射光偏振狀態的調制存在偏差，這會直接反應在測量數據中，高信號/噪聲比的數據只能維持2到3分鐘，使得整體實驗精度被限制在10^-3量級。因此消除因偏振調制偏差導致的噪聲對提高實驗精度顯得尤為重要，尤其對測量時間較長的系統而言。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種光彈調制測量系統，以消除因偏振調制偏差而引起的測量噪聲。

(二)技術方案

本發明光彈調制測量系統包括：起偏器、光彈調制器、分光元件、原始測量光路、參考測量光路及數據采集處理及控制模塊。起偏器，用于產生偏振光信號。光彈調制器，位于起偏器的光路后端，用于借助窗口晶體的光彈效應按照預設的調制頻率對通過其的偏振光信號產生偏振態調制。分光元件，位于光彈調制器的光路后端，用于將光彈調制器出射的偏振態調制后的偏振光信號分為兩束-原始光束和參考光束。原始測量光路，位于分光元件的原始光束的光路后端，用于利用原始光束對樣品進行平面光學各向異性測試，得到原始信號，該原始信號中包含樣品信息以及光彈調制器對偏振光信號調制引入的噪聲。參考測量光路，位于分光元件的參考光束的光路后端，用于利用參考光束進行無樣品平面光學各向異性測試，得到參考信號，該參考信號包含光彈調制器對偏振光信號調制引入的噪聲。數據采集處理及控制模塊，用于將原始信號除以平滑和歸一化處理后的參考信號，從而得到樣品的抑制光彈調制器調制噪聲后的平面光學各向異性信號。

(三)有益效果

本發明光彈調制測量系統引入一參考信號，該參考信號中包含了光彈調制器對偏振狀態的調制偏差的信息；通過該參考信號抑制因光彈調制器調制狀態偏差導致的數據噪聲。

附圖說明

圖1為現有技術光彈調制測量系統的結構示意圖；

圖2為根據本發明實施例光彈調制測量系統的光路結構圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明的保護范圍。

本發明在測量光路中引入消偏振分光棱鏡，對分離出的參考光束進行實時偏振態檢測，采用計算機控制的數據采集和分析系統進行在線數據處理，抑制因光彈調制器調制狀態偏差導致的數據噪聲。

在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種光彈調制測量系統。圖2為根據本發明實施例光彈調制測量系統的光路結構圖。請參照圖2所示，本實施例光彈調制測量系統包括：起偏器、光彈調制器、分光元件、原始測量光路、參考測量光路及數據采集處理及控制模塊。