[发明专利]一种基于双PEM的中红外波片位相延迟精确测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及中红外波片位相延迟的测量技术领域，更具体而言，涉及一种基于双PEM的中红外波片位相延迟精确测量方法，是一种采用两个弹光调制器差频调制、可实现低速、高精度的中红外位相延迟测量方法。

背景技术

波片在许多领域中发挥着重要的作用，波片位相延迟测量精度直接决定了待测量的测量精度。但在中红外波片还没有测量精度较高的可行方法，但中红外波片在一些领域有很大的应用潜力，比如近年来太阳磁场观测拓展到8～14μm中红外波段，期望利用中红外波段可获得更大的Zeeman裂距的优势，通过直接测量裂距获得磁场信息。然而中红外波段太阳磁场精确测量首先面临的挑战便是中红外波段波片位相延迟精确测量的问题。该波段偏振测量方法无论在国内还是国外都鲜有报导，因而目前没有成熟的测量技术方法作为参考。由于中红外波段还没有像可见光和近红外波段有成熟的补偿器件和电光调制器件，因此目前该测试系统只能依靠旋转波片法和光谱扫描法进行位相延迟测量。其中光谱扫描法通常在测量1/2波片时具有较高精度，而旋转波片方法在元件旋转过程中会有很多不确定因素可导致光强测量的误差，从而影响测量的精度。而中红外波段存在光源信号较弱，背景噪声高，探测器的探测率低，加之肉眼不可见等不利因素，使得误差分析更加困难。

近年来逐步发展并完善的弹光调制技术(photoelastic-modulator，PEM)，可为中红外波段高精度位相迟测量方法提供新的思路。但是目前应用PEM进行高精度位相延迟测量方法主要采用单个PEM，通过锁相获得被测位相延迟，但由于PEM调制频率快(数十KHz-数百KHz)，调制光信号频率又是PEM调制频率的数倍，这样中红外的探测器无法有效探测，这也限制了该方法在中红外波片位相延迟的高精度探测。为此本发明考虑到PEM的优点和中红外探测器的速度等问题，提出采用两个PEM差频调制的方法降低调制频率，同时实现中红外波片位相延迟的高精度测量。

发明内容

针对现有单PEM调制速度快，无法应用于中红外波片位相延迟的测量中，为此提出采用两个PEM差频调制的方法降低调制频率，通过锁相实现中红外波片位相延迟的高精度测量。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于双PEM的中红外波片位相延迟精确测量方法，将中红外激光器、起偏器、PEM1调制器、被测中红外波片、PEM2调制器、检偏器、红外点探测器依次排列构成测量光路，双PEM驱动控制电路将PEM1调制器和PEM2调制器差频调制降低调制频率，使红外点探测器可进行有效探测，并将差频信号提供给数字锁相放大器，数字锁相放大器对红外点探测器获得的调制信号进行锁相放大，获得锁相频率信号的幅值，最后通过计算机数据处理获得被测中红外波片的位相延迟。

所述获得锁相频率信号的幅值是指获得1倍差频幅值和2倍差频幅值上述中，f₁和f₂分别为PEM1调制器和PEM2调制器的调制驱动频率。

将1倍差频幅值和2倍差频幅值相除来消除中红外光源自身不稳对测量的影响。

在未放入被测中红外波片时，通过测量光路获得1倍差频幅值和2倍差频幅值在加入被测中红外波片后，通过测量光路获得1倍差频幅值和2倍差频幅值结合未放入的被测中红外波片和放入被测中红外波片的1倍差频幅值和2倍差频幅值可准确获得被测中红外波片位相延迟，以克服PEM1调制器和PEM2调制器的调制相位延迟幅值δ_0PEM1和δ_0PEM2无法精确测量的缺陷。

具体为：

步骤1、首先在未放置被测中红外波片时测得：

步骤2、加入被测中红外波片测得1倍差频幅值和2倍差频幅值

步骤3、由得到被测中红外波片位相延迟。

所述PEM1调制器和PEM2调制器的弹光晶体采用硒化锌晶体。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1、通过两个PEM差频调制减低了调制频率，使得普通中红外探测器都能有效探测；

2、采用硒化锌的PEM，保证在中红外波段有良好的透过率；

3、采用同时锁相1倍差频幅值和2倍差频幅值的方式，通过相除消除中红外光源自身不稳对测量的影响；

4、通过在没放置被测中红外波片时测量1倍差频幅值和2倍差频幅值的方法，精确测得解决δ_0PEM1和δ_0PEM2无法精确获得对测量的影响。

附图说明