光偏转技术
利用高对比度光栅实现光束大角度偏转
第４５卷 第４期２０２１年７月激 光 技 术ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４５，Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ，２０２１ 文章编号：１００１ ３８０６（２０２１）０４ ０４８５ ０７利用高对比度光栅实现光束大角度偏转王超素１，江孝伟１，２（１．衢州职业技术学院信息工程学院，衢州３２４０００；２．北京工业大学光电子技术教育部重点实验室，北京１００１２４）摘要：为了分析高折射率对比度光栅（ＨＣＧ）参量和入射波长对光束偏转角的影响，采用严格耦合波法设计了透射光束可偏转非周期三角ＨＣＧ，并通过时域有限差分法证明了所设计的非周期三角ＨＣＧ可实现３０．３°的透射光束偏转。
结果表明，当低折射率介质材料折射率从１增加到１．４时，透射光束偏转角可实现１１°的调谐；当入射波长从波长１．５μｍ增加到１．６μｍ时，该非周期三角ＨＣＧ可实现３．５２７°的透射光束偏转角调谐。
这一研究结果可对将来制备高性能光束偏转光栅提供理论指导。
关键词：光栅；光束偏转；透射光；非周期中图分类号：ＴＮ２５３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０ ７５１０／ｊｇｊｓ ｉｓｓｎ １００１ ３８０６ ２０２１ ０４ ０１２ＬａｒｇｅａｎｇｌｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆｂｅａｍｕｓｉｎｇｈｉｇｈｃｏｎｔｒａｓｔｇｒａｔｉｎｇＷＡＮＧＣｈａｏｓｕ１，ＪＩＡＮＧＸｉａｏｗｅｉ１，２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｕｚｈｏｕＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｕｚｈｏｕ３２４０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｉｇｈｃｏｎｔｒａｓｔｇｒａｔｉｎｇ（ＨＣＧ）ｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｎｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅ，ｔｈｅｒｉｇｏｒｏｕｓｃｏｕｐｌｅｄｗａｖｅｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｄｅｆｌｅｃｔａｂｌｅｎｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃｔｒｉａｎｇｕｌａｒＨＣＧ，ａｎｄｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔ３０．３°ｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｎｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃｔｒｉａｎｇｕｌａｒＨＣＧｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｏｆｔｈｅｌｏｗｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｍａｔｅｒｉａｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ１ｔｏ１．４，ｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅａｍｃａｎａｃｈｉｅｖｅ１１°ｔｕｎｉｎｇ，ａｎｄｗｈｅｎｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ１．５μｍｔｏ１．６μｍ，ｔｈｅａｐｅｒｉｏｄｉｃｔｒｉａｎｇｕｌａｒＨＣＧｃａｎａｃｈｉｅｖｅ３．５２７°ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｔｕｎｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｔｉｎｇｓ；ｂｅａｍｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅａｍ；ｎｏｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１５７５００８；６１６５０４０４）；江西省自然科学基金资助项目（２０１７１ＢＡＢ２０２０３７）；江西省教育厅科技项目（ＧＪＪ１７０８１９）；衢州市科技计划资助项目（２０１９Ｋ２０）作者简介：王超素（１９８３ ），女，讲师，现主要从事半导体光电子器件的研究。
声光偏转器在定向激光通信精跟踪单元的应用技术研究
ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｐ Ｚ Ｔ ｉ ｓ １ ８ ． ６ ％ ．Ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｈｅ ｔ Ａ ＯＤ Ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｌ ｙ ｔ ｗｏ ｔ ｅ ｎ — ｔ ｈ ｏ ｕ ｓ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｓ ．Ｉ ｔ ｉ ｓ Ｐ Ｚ Ｔ Ｓ １ ／ ９ ３ ０ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｅ ｒ ａ ｅ ｂ ｅ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｉ ａ ｌ ｏｒ ｆ
ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｎｏ ｈ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｃｈ ｎｇ ａ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ２ ２ ；
２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎＩ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎＵｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｘｉ ’ａ ｎ ７ １ ０ ０ ４ ８ ）
Ｖｏ ｌ ‘ ３ ６ Ｎｏ ． １ — ２
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
声光偏转器在定 向激光通信精跟踪 单元 的 应 用技 术研 究
陈雷 ，佟 首峰 ，齐芹 ，宋延 嵩 ，董岩 ， 王 红 伟 。
（ １ ． 长春理工大学 空地激光通信技术国防重点学科实验室 ，长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ；
机械与精密仪器工程学院 ，西安 ７ １ ０ ０ ４ ８ ） ２ ． 西安理工大学 摘
要 ：为更好地 改进 激光通信 的精跟 踪单 元 ，抑 制卫 星平
ＡＯＤ。分析得 出，ＡＯＤ对千赫兹量级下的扰 动信号响应只有 １ ％的相位延迟 ，Ｐ Ｚ Ｔ的则失真很 严重。在 迟滞性 方面，Ｐ Ｚ Ｔ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｕ ｎ ｉ ｔ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎｄ ｉ ｎ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｈ ｉ ｇ ｈ ｆ ｒｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ｎｃ ａ ｅ ｏ ｆ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ．ｗｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｂ ｎｄ ａ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｎｄ ａ ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｐ ＺＴ Ｗ ｔ ｈ ｏ ｓ ｅ ｏ ｆ Ａ０Ｄ ．Ｉ ｔ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｏ ｆ
dmd的偏转角度
dmd的偏转角度DMD是数字微型显示器（Digital Micro-mirror Device）的缩写，是一种由德州仪器公司（Texas Instruments）研发的微型光学偏转器件。
它是一种基于微镜面技术的数字显示技术，能够实现像素级的光强度调控，广泛应用于投影显示、3D打印、生物医学、激光系统等领域。
DMD的偏转角度是指每个微镜面能够在平面上偏转的最大角度。
DMD是由许多微镜面组成的阵列，每个微镜面都可以在水平方向上进行倾斜来控制光的反射方向。
通过调节每个微镜面的倾斜角度，可以控制光的反射方向，从而实现对像素级图像的显示。
DMD的偏转角度主要受制于微镜面的物理特性和技术制约。
微镜面通常由铝制成，并涂有一层反射性材料，如铝、金或银。
在操作时，这些微镜面可以在两个位置之间切换，一种是对光线进行反射，另一种是对光线进行偏折。
DMD的偏转角度通常可以达到几度至十几度。
然而，实际应用中，由于各种因素的影响，如器件尺寸限制、驱动电压和工作温度等，DMD的实际偏转角度可能会有一定的误差。
此外，DMD的偏转角度还受到像素尺寸、光学元件的焦距和透镜直径等因素的影响。
DMD的偏转角度对其应用性能具有重要影响。
较大的偏转角度能够实现更大的投影范围和更高的分辨率，从而提高图像的质量和清晰度。
同时，较大的偏转角度还能够实现更广泛的视角范围，使得观众可以在更广泛的角度下观看到清晰的图像。
为了实现更大的偏转角度，研究人员采取了多种方法和技术。
目前，常见的方法包括优化微镜面的材料和结构设计，改进驱动技术和控制算法，以及采用多通道和多镜面的阵列结构等。
通过这些改进，研究人员已经成功地实现了较大偏转角度的DMD，并取得了良好的应用效果。
总结来说，DMD的偏转角度是指每个微镜面能够在平面上偏转的最大角度。
它是通过控制微镜面的倾斜角度来实现光的反射和偏折，从而实现像素级的光强度调控。
DMD的偏转角度对其应用性能具有重要影响，较大的偏转角度能够实现更大的投影范围、更高的分辨率和更广泛的视角范围。
可调棱镜偏转光束
可调棱镜是一种能够改变光束偏转角度的光学组件，常用于需要精确调整和控制光路方向的应用场合。
其中旋转双棱镜系统（如Risley棱镜）就是一个典型例子，它由一对具有特定楔角、可以独立绕轴旋转的棱镜组成。
当两个棱镜以不同的角度相对旋转时，它们会对通过的光束产生不同程度的折射，从而实现对光束方向的连续调节。
这种技术在激光指向、瞄准跟踪、空间光通信、光束扫描以及高级光学仪器等领域都有广泛应用。
在实际操作中，通过精密电机驱动棱镜的旋转，并结合控制系统实时调整角度，就可以实现对入射光束的快速而精准的二维或三维偏转。
由于其动态性能好、响应速度快、精度高等特点，在现代光电子和航空航天技术中扮演了重要角色。
第四章激光的基本技术
第4章激光的基本技术激光器发明以来各种新型激光器一直是研究的重点。
为将激光器发出的高亮度、高相干性、方向性好的辐射转化为可供实用的光能，激光技术也得到了极大的发展。
这些技术可以改变激光辐射的特性，以满足各种实际应用的需要。
其中有的技术直接对激光器谐振腔的输出特性产生作用，如选模技术、稳频技术、调Q技术和锁模技术等；有的则独立应用于谐振腔外，如光束变换技术、调制技术和偏转技术等。
在使用激光作为光源时，这些技术必不可少，至少要使用其中一项，常常是诸项并用。
本章讨论激光工程中一些主要的单元技术。
因为激光技术涉及的内容十分广泛，这里只给出基本概念和基本方法。
4.1激光器输出的选模激光器输出的选模技术就是激光器选频技术。
前几章中已经讨论过激光谐振腔的谐振频率。
大多数激光器为了得到较大的输出能量使用较长的激光谐振腔，这就使得激光器的输出TEM模)与高阶模相比，具有亮度高、发散角小、径向光强分布是多模的。
然而，基横模(00均匀、振荡频率单一等特点，具有最佳的时间和空间相干性。
因此，单一基横模运转的激光器是一种理想的相干光源，对于激光干涉计量、激光测距、激光加工、光谱分析、全息摄影和激光在信息技术中的应用等都十分重要。
为了满足这些使用要求，必须采用种种限制激光振荡模的措施，抑制多模激光器中大多数谐振频率的工作，利用所谓模式选择技术，获得单模单频激光输出。
激光器输出的选模（选频）技术分为两个部分，一部分是对于激光纵模的选取，另一部分是对激光横模的选取。
前者对激光的输出频率影响较大，能够大大提高激光的相干性，常常也叫做激光的选频技术；而后者主要影响激光输出的光强均匀性，提高激光的亮度，一般称为选模技术。
4.1.1 激光单纵模的选取1．均匀增宽型谱线的纵模竞争前面已经指出，对于均匀增宽型的介质来说，每个发光粒子对形成整个光谱线型都有相同的贡献。
当强度很大的光通过均匀增宽型增益介质时，由于受激辐射，使粒子数密度反转分布值下降，于是光增益系数也相应下降，但是光谱的线型并不会改变。
强激光辐照光学元件的光热效应探测系统的研究
毕业论文
强激光辐照光学元件的光热效应探测系 统的研究
学生姓名： 学 专 院： 业： 学号： 10051041 信息与通信工程学院 光电信息工程
指导教师：
2014 年
6
月
强激光辐照光学元件的光热效应探测系统的研究
摘要 光热光偏转( PTD)技术是一种基于光热效应建立和发展起来无损检测技术，因其 具有灵敏度高，不需要对样品进行预处理，可非接触测量等优点，已在物理材料科学等 领域获得了广泛的应用。 本设计采用阶跃光激励，以小功率半导体激光器为探测光源，以象限探测器为信号 的接收装置，采用锁相放大器和放大电路作为信号的处理部分，构成了对样品的光热效 应探测系统。本课题的主要工作为： 1. 介绍光热偏转方法的基本原理和特点，光热偏转技术在工业中的应用。 2. 基于半导体光电效应原理和热传导规律， 建立了阶跃光激励的半导体材料的一维 温度场模型。计算出光束偏转角与温度场之间的关系，从而推导出偏转角表达式。通过 数值模拟分析出调制频率，泵浦光功率与偏转信号的关系。 3. 建立了阶跃光激励的 PTD 技术的实验系统，并对系统的光路部分以及信号采集 部分进行了分析。
录
绪论 ...................................................................................................................................... 1 引言 ................................................................................................................................... 1 光热光偏转技术的原理和特点 ....................................................................................... 2 光热光偏转技术的原理 ................................................................................................ 2 光热光偏转技术的特点 ................................................................................................ 3 光热光偏转技术的实验装置 ........................................................................................... 3 光热光偏转技术的应用 ................................................................................................... 5 测定材料的热学参数 .................................................................................................... 5 测定材料的光吸收系数 ................................................................................................ 5 光热光偏转成像 ............................................................................................................ 6 本课题主要研究的方法和内容 ....................................................................................... 6 光热偏转系统的理论研究 .................................................................................................. 8 引言 ................................................................................................................................... 8 样品的光激发过程和热源产生 ....................................................................................... 8 材料对激光的吸收 ........................................................................................................... 9 热传导微分方程 ............................................................................................................. 10 光束偏转角的计算 ......................................................................................................... 12 数值模拟 ......................................................................................................................... 13 基于光热效应的光热偏转探测系统 ................................................................................ 15 引言 ................................................................................................................................. 15 实验系统的总体设计 ..................................................................................................... 15 光路部分 ......................................................................................................................... 16 激励光源（半导体激光器） ...................................................................................... 16 探测光源（He-Ne 激光器） ...................................................................................... 17 声光调制器 .................................................................................................................. 17 扩束镜 .......................................................................................................................... 19 电路部分 ......................................................................................................................... 20
阶跃光激励的光热光偏转实验系统及实验结果分析
阶跃光激励的光热光偏转实验系统及实验结果分析曾胜财;甘亮勤【摘要】Based on the principle of the photothermal deflection technique,the experiment system of the photothermal deflection technique with step optical excitation is established.The relation-ship between the photothermal deflection signals and the power of excitation beams is explored.The experiment conditions and the physical parameters of samples,which have effect on the photothermal deflection signals,are studied.The regularity between the real-time signals and the distance from probe beams to the sample surface,as well as the sample′s thermal diffusivity,is acquired and discussed.%根据光热光偏转技术原理,设计了一套阶跃光激励的光热光偏转实验系统,并利用该实验系统研究了光热光偏转信号与激励光功率的关系;探索了实验条件和样品热学参数对光热光偏转信号的影响,获得了信号随探测光距样品表面的距离以及样品热扩散率的变化规律。
【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2012(030)004【总页数】4页(P424-426,431)【关键词】阶跃光;光热光偏转;实验系统;信号【作者】曾胜财;甘亮勤【作者单位】厦门海洋职业技术学院信息技术系,福建厦门361100;厦门理工学院数理系,福建厦门361024【正文语种】中文【中图分类】O435当样品的表面被经过调制的激励光照射时，样品将吸收此光能并将其转变为热能，从而在样品内以及与样品相邻媒质之间产生温度梯度。
光的偏振现象及其应用
光的偏振现象及其应用光的偏振现象是指光在传播过程中振动方向发生变化的现象，即所谓的偏振现象。
在自然界中，大多数光是无偏振的，即光波的电场和磁场的振动方向呈随机分布，沿着任意方向传播。
而在某些特定情况下，光波的振动方向则不是随机分布的，这种现象就被称为偏振现象。
光的偏振现象在科学界和工业界都有着广泛的研究和应用。
1. 光的偏振现象的表现形式光的偏振现象可以表现为光振动方向的偏转或者消失。
根据光振动方向的不同，可以将偏振光分为线偏振光、圆偏振光和椭偏振光三种类型。
线偏振光是指光波的电场振动方向恒定的偏振光，其特点是光的电场振动只沿着一个方向运动。
常见的线偏振光有平面偏振光和偏振片偏振光，这两种偏振光均是垂直于光线传播方向的电场振动方向相同的偏振光。
圆偏振光是指光波的电场在一个平面内旋转，并呈螺旋状走向，其振动方向是不断变化的。
圆偏振光的电矢量沿着一个以光线为轴心的圆周旋转。
常见的圆偏振光有左旋和右旋两种类型。
椭偏振光则是介于线偏振光和圆偏振光之间的光，其电场振动方向在一个平面内的振动幅度和方向均不断变化，并沿一个椭圆或椭球旋转。
椭偏振光的振动方向与光线方向不一定垂直。
2. 光的偏振现象的原理光的偏振现象是由于光的电磁波在空间传播时受到各种介质或者物体的影响而发生的。
这些介质或物体可以对光的电场和磁场起到不同的作用，使光波的振动方向发生改变或者选择性地吸收某个方向的振动能量。
最常见的偏振现象的原理是介质的吸收性和散射能力的差异所引起的。
例如，在光波经过某些有机分子或者晶体等物质时，这些物质对于振动电场方向的吸收能力不同，因而吸收电场振动方向垂直的光线分量，从而实现对光线的偏振。
另一种实现光线偏振的机制则是折射率的不同造成的相移差异所导致的。
例如，在某些电光晶体中，光波的电场振动方向会随着光线在晶体中的传播而发生旋转。
3. 光的偏振现象在工业和科学中的应用由于其在光学和电子学等领域的重要应用，光的偏振现象具有广泛的研究价值和实用性。
光的偏振与光的传播方向
光的偏振与光的传播方向光，在我们日常生活中无处不在。
然而，你是否曾想过光是如何传播的？光的传播方向在物理学中被广泛研究，而光的偏振则是其中一个重要的特性。
当我们提到光的偏振，就不得不提到光的电矢量。
光是由一种称为电磁波的能量传播形式组成的，而光波的垂直振动方向被称为电矢量。
在无偏振光中，电矢量可以在任何平面上振动，这意味着光波的电场振动方向是随机的。
然而，在某些情况下，光可以呈现出偏振的特性。
光的偏振是指光的电矢量沿着特定方向振动。
最常见的偏振状态包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振。
线偏振是最简单的一种偏振状态，光的电矢量只能在一个固定的平面内振动。
圆偏振则是电矢量按照圆形轨迹振动，而椭圆偏振则是电矢量按照椭圆形轨迹振动。
光的偏振在很多领域都有着广泛的应用。
例如，在显微镜和光学显微镜中，通过使用偏振片和偏振镜来选择性地过滤或增强特定方向的偏振光，可以提供更清晰、更详细的图像。
在3D电影和虚拟现实技术中，利用左右偏振的光通过特殊的偏振眼镜使观众能够体验到逼真的立体效果。
此外，光的偏振还在通信、太阳能电池等领域中发挥着关键的作用。
光的传播方向是光传播的另一个重要特性。
通常情况下，光是以直线传播的，这意味着光的传播方向与电矢量振动方向垂直。
然而，光的传播方向也可以受到其他因素的影响，导致光波线性、扭曲、弯曲等传播状态。
在材料中，光的传播方向可以受到材料的晶格结构、折射率等因素的影响。
例如，当光通过折射率不均匀的介质时，光的传播方向会发生偏转，产生折射现象。
在光纤通信系统中，通过利用光纤的折射特性，光信号可以沿着光纤内部的弯曲路径传播，实现远距离的信息传递。
此外，当光通过介质的界面时，也会发生反射和透射现象。
根据菲涅尔方程，入射角和折射率的不同，可以使光的传播方向发生变化。
这在一些光学设备中被广泛应用，如反射镜、分光镜等。
总结起来，光的偏振和传播方向是光学中重要的研究内容。
光的偏振描述了光电矢量在特定方向上的振动，而光的传播方向则涉及光的传播路径和行为。
激光调制与偏转
示。性质：
其中任一矢径的方向，其长度表示沿该方向偏振的光波的折 射率。
对于任意给定的波矢k，利用折射率椭球可求光波的偏振方 向及相应折射率：通过原点作k的垂面，与折射率椭球相交 得一椭圆截面，则这一椭圆截面的两个轴即为两个偏振方向，
两个轴长度 、n I 为相n II激应光折调制射与偏率转。
—单轴单轴晶体折射率椭球特性
（a） xoy平面与椭球截面是一个圆，其半径为no 。 —表明当光波沿着z轴方向传播时，即ki平行于光轴时，只存在
一种折射率no，光波电位移矢量D可取垂直于Z轴的任何方 向，于是，不产生双折射。z轴即单轴晶体光轴。
（b）xoz、yoz平面，或其它含z轴的椭球截面为一椭圆，其两
取光轴为z轴，沿x、y轴的主折射率相等，说明xoy平面内传 播光的D、E方向一致，与各向同性介质中光波性质一样， 称寻常光，相应主折射率为寻常折射率，记为no ，沿光轴的 主折射率称非常折射率，记为ne
z
z
x2 no2
y2 no2
z2 ne2
1
x
O y
O
y
x
(a)正单轴晶体 ne no (b) 负单轴晶体 ne no
半轴长度分别为n o 、n e 。
—表明当光垂直于光轴入射(ki垂直于光轴，处于xoy平面内)时， 可允许两个彼此正交的线偏振光传播，其中一个光波偏振方
向平行于光轴、折射率为 ，另n e 一光波偏振方向垂直于光轴、 折射率为 。 n o
激光调制与偏转
（c）当ki 与光轴夹角为 时，通过原点O垂直于ki 的平面与椭
球的截面为一椭圆，其长、短轴为允许的偏振方向，对应于两 种本征光波：
•寻常光：偏振方向与SOZ平面垂直，折射率及相速与 无关， D、E方向一致，折射率no称寻常折射率
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112111225 俞萍萍 112111237 张冲 512111832 周君玮光偏转技术1 概述光偏转技术是利用超声到达样品表面或沿样品表面传播时样品表面的形状或反射率的改变，导致反射光的位置或强度变化来实现对超声信号的探测的。
对于探测短脉冲激光在表面抛光金属材料上激发的高频声表面波而言，光偏转法具有足够的探测带宽，而且相对干涉仪方法而言，具有结构简单、成本较低的优势。
2 光偏转技术的基本原理光偏转技术是一种非干涉光检测方法。
由于它简单、对环境振动不敏感，在超声和激光超声的检测中用的最多。
Adler 最早通过此方法来再现表面声波，并计算了均匀分布光截面的计算表达式，章肖融等得到了高斯光截面的计算表达式。
刀刃技术的简单原理如图2.1所示：图2.1 刀刃技术原理 图2.2 刀刃和坐标一束直径为D 的激光光束被焦距为F 1的透镜L 1聚焦至一受声扰动的表面上，y 刀边受声扰动的表面上有因连续波引起的波纹，或因脉冲波影响而引起的局部倾斜（隆起）。
当入射于表面的探测光斑的尺寸比要探测的最短声波波长小时，由声扰动导致的表面倾斜会使反射光偏转，偏转的反射光束携带着声脉冲的信息，通过焦距为F 2的聚焦透镜L 2，一半被刀刃挡住，另一半被透镜L 3聚焦至光电二极管上，或者由透镜L 2聚焦至四象限的位置传感器上进行测定。
设样品受声扰动后表面的倾斜度为θ，波以垂直于刀刃的方向传到刀刃，坐标x,y 轴分别垂直和平行于刀刃（如图所示）。
设透射到传感器上的激光光斑强度是高斯分布]exp[2)(),(2220dy x d A y x a +=π （2-1） 式中A 0是光电磁场的振幅，d 是反射光束直径。
D F F 12）（=d ，当偏转θ很小时，光电二级管的输出电流为： DF P i i out 122θπη= （2-2） 式中η是光电检测器的转换效率，单位为A/W 0P i 是入射光束的能量，20i A P =。
设频率为w a 的声表面波沿y 方向传播，其位移为)cos(u u 0x k t w a a -= （2-3）式中k a 为声表面波传播常数，u 0是声振幅，当表面倾斜度很小即θ很小时，)sin(u 0x k t w u k xa a a -=∂∂=θ （2-4） 平均角度a a average u u k λπθ/22/00==，则光电管输出电流与声波的关系为))((401ai out u D F P i λπη= （2-5） 当声波为宽频脉冲波时 ∑==n i aiio i out u D F P i 11)(4λπη （2-6） 光偏转技术的信噪比受散粒噪声所限制A a P u D F Bh SNR 221'')()(16λπνη= （2-7） 式中B ‘是声频带宽，'ν是光子频率。
令SNR=1时，其最小可检测振幅为：2/1''1min )(4iP B hv F aD u πηλ= （2-8） 这种方法可用来检测激光超声波的位移梯度，已经成熟的应用于商用仪器中，如原子力显微镜和激光扫描显微镜。
但是这种方法的缺点是低频灵敏度低，要求样品表面是镜面反射。
3 差分式光偏转系统3.1 实验原理一束直径为D 的激光束被焦距为F 1的透镜聚焦至一受声扰动的表面上。
受声扰动的表面上有因连续波传播引起的波纹，或因脉冲波影响引起的局部倾斜。
当入射于表面的探测光斑的尺寸远比要检测的最短声波长小时，由声扰动导致的表面倾斜会整束反射光偏转，偏转的反射光束携带着声脉冲信息，照射到双半圆分束镜的反射光斑相对分束镜中心发生微量偏移。
通过双半圆分束镜分出的两束光分别聚焦到光平衡接收器的两个光电管的光敏面上，两束探测光光通量差的变化就可反映出声脉冲信号。
该技术的基本原理如图3.1所示：图3.1 光偏转原理图3.2 光差分原理图为了计算检测光光通量分布，如图3.2所示，把双半圆分束镜的中心线作为x 轴，圆心作为原点，建立直角坐标系来表征高斯检测光的振幅分布，在此，可令光斑强度为：)2exp()2exp(22220R y R x I I --= 222002exp()2R I x y P I dxdy πR ∞∞-∞-∞+=-=⎰⎰ 其中I 是探测光束中心的光强，R 是初始平衡时双半圆分束镜上的光斑半径，P 为光功率。
当ASF 模式波沿楔尖表面传播时，探测光束发生偏移h,两束探测光光通量的变化可表示为：)2(4)2exp()2exp(2022122001R h erf R I dxdy R y R x I h π=--=∆Φ⎰⎰∞∞- )2(4)2exp()2exp(202202202R h erf R I dxdy R y R x I h π-=--=∆Φ⎰⎰∞∞- 其中⎰-=Rhdt t R h erf 202)exp(2)2(π，近似为Rh π22 把两束光聚焦在光平衡接收器的两个光电管的光敏面上，则两输入端的光通量差和输出光电流分别为：Rh I 02π=∆Φ (3-1)(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)Rh I i 02πη= （3-6）其中η为光电转化效率。
准直光束的变化应由两部分组成：12cos 22i u F h +=θ （3-7）其中1i 为入射角，F 2是探测光束聚焦点到双半圆分束镜的距离。
假设ASF 模式楔形波传播时引起的样品表面位移为：)cos(),(0kx wt u t x u -= （3-8）其中0u 是ASF 模式楔形波的振幅，w 是角频率，k 是波数。
当表面倾斜度很小即θ很小时，利用小角度近似，样品表面ASF 模式楔形波传播引起的偏角θ可表示为：t u w k kx wt ku x u ∂∂=-=∂∂=)sin(0θ （3-9） 将式（3-9）代入式（3-7），得到12cos 22i u tu w k F h +∂∂= （3-10） )cos 2(22120i u t u w k F R I i +∂∂=ηπ （3-11） 在样品表面上，会存在着不同角频率a w ，不同波数a k 的波，同样有不同的振幅a u ，则输出信号为：)cos (22120i u tu w k F R I i a a a a a +∂∂=∑ηπ （3-12） 代入光功率P ，得：)cos (2412i u t u w k F R i a a a a a+∂∂=∑πη （3-13） 从原理分析看，该方法可以用于波形的检测，可以看出检测信号中包含有位移和速度的信息。
3.2 系统的实验装置图此系统的超声瑞利波的接收装置采用差分式光偏转光路,其中输出功率17 mW的He-Ne激光器作为探测用光源,经过焦距40 mm的凸透镜聚焦到样品上,从样品反射出来的激光束经反射镜反射,通过凸透镜准直成光束直径为15 mm的平行光束,该光束经直角三棱镜的棱角分成两出射角度相等的光束,棱镜前放置一可调光阑用以调节入射光束直径及入射光强.从棱镜出射的两束激光分别经平面反射镜反射和凸透镜聚焦后进入650 MHz的平衡接收器的两个输入端,平衡接收器输出端的信号由数字示波器接收,调节反射镜保证两束激光光程相等.平衡接收器输入端前各有一透射波长632.8nm的窄带干涉滤光片，用以消除杂散光的影响.实验前首先调节三棱镜的位置使进入平衡接收器的两光束光强度相等,因平衡接收器内部是宽带放大差分电路,所以这时输出信号为0;当样品上的聚焦He-Ne光斑区域有表面波经过时,反射光束因反射角改变产生微量偏移,造成两束入射到平衡接收器的相对光束强度发生改变,对应的平衡接收器输出信号亦发生改变,因而可以检测样品上的超声表面波。
图3.3 差分式光偏转法的装置图对于光偏转的方法，检测光的入射方式对空间分辨率存在着影响，检测光点越小，空间分辨率越高，检测精度也会随之提升。
当检测光束的入射面与声表面波传播方向平行时，光斑直径设为d1，如图3.4(a)所示；当检测光束的入射面与声表面波传播方向垂直时，光斑半径设为d2，如图3.4(b)所示。
显然d2<d1，因此采用检测光束的入射面与声表面波传播垂直的方法，可以有效提高空间分辨率，进而提高检测精度。
（a）（b）图3.4 光偏转面与波传播方向不同时的比较图(a)平行(b)垂直3.3 改进的装置图3.5的实验检测装置，对传统的光偏转探测系统进行了改进，通过尽量减少光学元件来降低光学噪声，同时通过光差分法有效降低了外界噪声对探测的影响，该套装置具有光偏转法的共同特点，都是利用探测光束的偏转来反映激光超声的信息。
脉冲激光首先通过分光片，部分反射光被光电二级管接收，传送到示波器作为示波器的触发信号。
透射光经由棱镜和柱面镜组合成的精密平移台，转折聚焦到样品表面。
检测部分采用了基于光差分的光偏转光路系统，光平衡接收器作为接收器。
He-Ne激光束首先通过聚透镜聚焦至样品表面，从样品反射出来的激光束到达双半圆的分束镜，然后聚焦成两束光到达光平衡接收器的两个光敏面上。
光平衡接收器将两光敏面上的光信号分别转化为电信号，由数字示波器接收并显示。
开始实验时，事先要进行光平衡的调节。
使用该检测系统，首先要注意聚焦光斑的调节，这关系到检测的灵敏度及检测带宽。
选择合适焦距的聚透镜将He-Ne激光束聚焦到样品表面，可利用激光散斑的原理调节反射光斑，使之达到最佳效果；然后要注意调节双半圆分束镜分出的两光束，首先粗调双半圆分束镜分出的两光束，尽量使两半圆上的光斑强度相近，易于把激光光束均匀的分成光强相等的两束光。
其次要根据特定情况，选择合适焦距的聚透镜，使两光束有最佳的聚焦效果，同时务必保证这两光束垂直入射到光平衡接收器的两个光敏面上，便于信号的精确测量，光平衡的调节；完成以上所有的步骤，最后就是调节光平衡接收器，以上所有的步骤均是调平衡接收器的基础。
当超声信号较弱，初始光平衡与否关系着噪声消除的效果以及信号的灵敏度。
改进主要体现在运用一个双半圆分束镜上。
使用该双半圆分束镜，不仅达到了分光的目的，而且节省了光学元件。
因为运用双半圆分束镜后，分出的两光束可以通过一个合适焦距的聚透镜聚焦到光平衡接收器的两个光敏面上。
而且该双半圆分束镜安置于可调节的精密平移台上，具有很好的操作灵活性。
倘若用三棱镜分光，分出的两光束得分别聚光，需更多的光学元件，不易控制。
4 基于光偏转原理的光纤传感装置此装置采用光纤耦合反射式光束偏转技术,对脉冲激光在不同曲率半径的柱状样材侧面激发的Rayleigh波进行实验探测。
由脉冲线源激发的Rayleigh波沿垂直圆柱母线的方向传播,在距离激发点一定距离处用基于光偏转原理的光纤传感装置检测。
基于光偏转原理的光纤传感装置的基本原理如下:由输出功率为0. 5 mw的He-Ne激光器发出波长为632.8 nm 的连续激光,经一焦距为5 mm的短焦透镜将探测光束聚焦到圆柱表面形成探测光点,光束经圆柱表面反射后由一显微物镜(焦距为5 mm)接收,并由放置在五维光纤微调架 (其调节精度0. 1μm)上的单模光纤接收反射光信号,为了减小杂散光的干扰,在显微物镜前加置了中心透射波长为632.8 nm的窄带滤波片。