EAST偏振干涉仪研制
光的偏振与波的干涉光的偏振与双缝干涉实验
光的偏振与波的干涉光的偏振与双缝干涉实验光的偏振与波的干涉光的偏振与波的干涉是光学中的两个重要概念，它们对于解释和研究光的性质以及应用具有重要的意义。
本文将就光的偏振和双缝干涉实验展开讨论。
一、光的偏振光的偏振是指光的振动方向局限在特定平面内的现象。
自然光是无偏振的，它的光矢量在所有方向上都随机振动。
而偏振光则是指在某一特定方向上的光振动，即光的电场矢量只在一个平面上振动。
光的偏振可以通过偏振片实现，偏振片是一种具有选择性吸收特定方向振动光的材料。
当自然光经过偏振片时，只有与偏振片允许通过的方向平行的光能透过，其余方向的光则被吸收或完全消光。
光的偏振在生活中有很多应用。
例如，太阳光中的分部分振动方向通过偏振片的选择性吸收可以获得特定振动方向的偏振光，这在太阳眼镜和液晶显示器中得到了应用。
二、波的干涉波的干涉是指波在空间中叠加相互干涉后产生的现象。
光也是一种波动现象，因此光也存在干涉现象。
双缝干涉实验是一个经典的展示光波干涉现象的实验。
实验中，通过一个光源发出的光线通过一个屏幕上的两个狭缝，在另一个屏幕上形成干涉条纹。
这是因为从两个狭缝发出的光波在空间中相互叠加，形成干涉效应。
按照光的波动理论，当两束光波相遇时，波峰与波峰相遇会互相加强，波谷与波谷会互相增强。
而波峰与波谷相遇时会互相抵消，产生干涉现象。
在双缝干涉实验中，当两个光波经过两个狭缝后相互叠加，在幕上就会出现明暗相间的干涉条纹。
双缝干涉实验不仅验证了光是一种波动现象，也为我们理解波动干涉提供了直观的实验依据。
此外，这一实验还在光学领域的研究和应用中有重要作用，例如在光栅衍射、干涉仪和干涉技术等领域得到广泛应用。
结论光的偏振和波的干涉是光学中的两个重要概念。
光的偏振是指光的振动方向局限在特定平面内的现象，可以通过偏振片实现。
波的干涉是指波在空间中叠加相互干涉后产生的现象，而双缝干涉实验则是一个经典的展示光波干涉现象的实验。
对于光学的研究和应用而言，光的偏振和波的干涉都具有重要的意义。
偏振光仪的原理和应用
偏振光仪的原理和应用1. 原理偏振光仪是一种用来测量光的偏振状态的仪器。
光的偏振状态描述了光波中电场矢量振动方向的性质。
偏振光仪通过测量光的基本参数，如偏振角、相对光强或光传输方向，来确定光的偏振状态。
偏振光仪的基本原理是利用光的干涉或旋转效应来分析光的偏振特性。
下面介绍几种常见的偏振光仪及其原理：1.1 偏光片偏光片是最简单、最常见的偏振光仪之一。
偏光片可以使特定方向的光通过，而将其他方向的光吸收或减弱。
它的工作原理是利用偏振膜的特殊结构，将特定方向的光分离出来。
1.2 波片波片是一种通过改变光的相位来调节光的偏振状态的偏振光仪。
波片通常由透明光学材料制成，具有不同的光程差。
当一束线偏振光通过波片时，光的相位会发生变化，从而改变光的偏振状态。
1.3 旋光仪旋光仪是一种通过测量光的旋转角度来确定光的偏振状态的偏振光仪。
旋光是指光在通过某些材料时产生的角度旋转现象。
旋光仪利用旋光现象来测量光的偏振状态。
2. 应用偏振光仪在各个领域中都有广泛的应用。
下面列举几个常见的应用：2.1 光学显微镜偏振光显微镜是一种利用偏振光原理观察材料细结构和性质的显微镜。
通过在光源处添加偏振片和波片，可以改变光的偏振状态，并观察材料在不同偏振状态下的显微图像，从而了解材料的光学性质、结构和组织。
2.2 偏振光传感器偏振光传感器是一种用于测量光的偏振状态和偏振参数的传感器。
它可以将光的偏振信息转化为电信号，通过测量电信号的强度、频率或相位来确定光的偏振状态。
偏振光传感器在光通讯、光谱分析和光学成像等领域中具有重要应用。
2.3 光学液晶显示器光学液晶显示器是利用液晶材料对光的偏振状态进行调节，实现图像显示的一种显示技术。
通过在液晶面板上添加偏振片和波片，可以控制光的偏振状态和相位，从而实现图像的显示和调节。
2.4 偏振滤波器偏振滤波器是一种通过选择特定偏振态的光进行滤波的装置。
它可以选择性地透过或阻止特定方向的偏振光，从而实现光的分解、合成和调制。
波动光学与光的干涉实验设计
波动光学与光的干涉实验设计导言光是一种电磁波，是我们日常生活中常见的现象。
而波动光学则是研究光的传播和相互作用的学科，涉及到光的干涉、衍射、偏振等现象。
光的干涉实验是波动光学中重要的实验之一，本文将讨论如何设计一个光的干涉实验。
实验目的本实验的目的是探究光的干涉现象，验证与应用干涉原理，以加深对波动光学的理解。
实验器材在开始设计实验之前，我们需要准备一些实验器材，如：1. 光源：可以使用白炽灯、激光器或者日光灯作为光源。
2. 分光镜：可将入射光分成两束相干光，常用的有洛氏镜、米歇尔棱镜等。
3. 干涉仪：包括牛顿环干涉仪、杨氏干涉仪等。
实验方案下面将提供两个实验方案，一个是使用Michelson干涉仪进行干涉实验，另一个是利用牛顿环干涉仪进行干涉实验。
方案一：Michelson干涉仪实验1. 实验装置：使用Michelson干涉仪进行干涉实验。
Michelson干涉仪的基本构成包括分束器和光程差调节组件。
2. 光源：将激光器作为光源，保证光的单色性和相干性。
3. 实验步骤：首先，调整干涉仪，使两束光相干。
然后，将反射镜整体移动，观察干涉条纹的变化。
可以使用微调平台对反射镜进行精细调节。
4. 结果分析：通过观察干涉条纹的间距和明暗情况，可以推断光程差引起的干涉现象。
进一步，可以根据干涉条纹的位置和形状，计算出波长和光程差等物理量。
方案二：牛顿环干涉仪实验1. 实验装置：使用牛顿环干涉仪进行干涉实验。
牛顿环干涉仪由光源、分光装置、透镜和像素平面组成。
2. 光源：选择白炽灯作为光源，注意保证光的单色性。
3. 实验步骤：首先，将透镜调整到牛顿环出现的明暗交替情况；然后，调整像素平面的位置，使牛顿环清晰可见。
最后，调整干涉仪，移动透镜和像素平面，观察干涉条纹的变化。
4. 结果分析：通过观察牛顿环的明暗情况和条纹形状，可以推断透镜与像素平面之间的光程差。
进一步，可以通过计算得出光波长等物理量。
结论通过以上两个实验方案的设计和实施，我们可以深入了解光的干涉现象，并验证干涉原理。
光的偏振实验与分析
光的偏振实验与分析光的偏振是指光波在空间中传播时，电场矢量在某个特定方向上的偏振方式。
光的偏振实验是研究光波偏振性质的重要手段之一。
本文将介绍光的偏振实验的基本原理和分析方法。
一、实验装置与原理偏振实验中常用的装置包括偏振片、偏振镜、法布里-珀罗干涉仪等。
偏振片是根据马克斯韦方程组的解析解而研制出来的，能够选择性地吸收波矢与晶体光轴平行或垂直方向上的分量。
偏振片的作用是将自然光转为具有一定偏振方向的偏振光。
法布里-珀罗干涉仪是一种用于测量光波偏振性质和薄膜膜层厚度的仪器。
它由一个光源、两块半反射薄膜、一个分束器和一个能够旋转的分析器组成。
当光波经过半反射薄膜时，会产生相干光波的干涉，干涉光通过分束器分成两束，分别经过两个光程不同的路径。
二、实验步骤1. 准备实验装置：包括光源、偏振片、偏振镜、法布里-珀罗干涉仪等。
2. 调整光源：将光源调整到合适亮度，并保持稳定。
3. 调整偏振片：将偏振片插入光路中，在光源和法布里-珀罗干涉仪之间逐渐旋转，观察干涉图案的变化。
4. 调整法布里-珀罗干涉仪：调整干涉仪中的分析器，观察干涉图案的变化，获取相应的数据。
5. 分析实验数据：根据实验数据进行偏振性质的分析与计算。
三、实验结果与分析通过实验数据的收集和分析，可以得到光波的偏振方向、振幅和相位等信息。
例如，通过法布里-珀罗干涉仪测量到的干涉图案可以得到光波传播的相位变化情况，进而得到偏振方向。
四、应用领域与重要性光的偏振实验在很多领域具有重要的应用价值。
例如，在光学领域中，光的偏振实验可以用于测量材料的光学性质、研究光传播的机制等；在生物医学领域，光的偏振实验可以用于研究细胞和组织的结构、功能以及疾病的诊断和治疗等。
因此，掌握光的偏振实验的原理和方法对于推动科学研究和技术应用具有重要意义。
总结：光的偏振实验是研究光波偏振性质的一种有效手段，通过使用偏振片和法布里-珀罗干涉仪等实验装置，可以获得光波的偏振方向、振幅和相位等信息。
研究光的偏振与偏振仪器
研究光的偏振与偏振仪器在物理学中，光的偏振是一个重要的研究领域。
光的偏振特性可以通过观察和测量光的振动方向来描述。
偏振仪器则是用来测量和分析光的偏振性质的工具。
在本文中，我们将探讨光的偏振以及一些常见的偏振仪器。
一、光的偏振概念光是由电磁波组成的，它在空间中以波的形式传播。
光的振动方向可以是无偏振（或自然光）、偏振于特定方向（如线偏振光）或在多个方向上同时振动（如圆偏振光）。
对于偏振光，其电场振动方向与传播方向垂直。
二、光的偏振产生机制光的偏振可以通过自然现象、介质作用或仪器干预等方式产生。
自然光，如来自太阳或灯光的光线，通常是无偏振的，其电场振动方向在任意方向上都可能存在。
然而，当光通过介质如偏振片或液晶等时，光的偏振性质会发生变化。
三、偏振仪器偏振仪器是一类用来测量光的偏振状态和性质的工具。
它们通常基于光的偏振现象设计，可以帮助我们更好地理解和研究光的偏振。
1. 偏振片（偏光片）偏振片是最常见、最简单的偏振仪器之一。
它可以透过特定方向上的线偏振光，而将垂直振动方向上的光屏蔽或减弱。
通过组合不同方向的偏振片，可以实现对光的偏振状态的调节和测量。
2. 偏振板偏振板是另一种常见的偏振仪器。
它能够根据不同应用需求，产生特定的偏振光，如线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光。
在许多实验和应用中，偏振板被广泛用于光的偏振调节和控制。
3. 偏振显微镜偏振显微镜是一种结合光学显微技术和偏振光学原理的高级仪器。
它可以观察和分析物质中的偏振现象，以及研究材料的光学性质。
偏振显微镜在材料科学、地质学和生物学等领域中有着广泛的应用。
4. 偏振光谱仪偏振光谱仪是用来测量光的偏振性质和光谱信息的仪器。
它能够检测不同波长下的偏振光强度，并通过光的偏振信息来研究物质的结构和性质。
5. 偏振干涉仪偏振干涉仪是一种利用光的干涉原理来测量光的偏振状态的仪器。
它可以通过干涉效应的变化来分析和测量材料的光学性质，如折射率、薄膜厚度和应力分布等。
偏振延时干涉仪型CSRZ-Duobinary全光码型转换器
2012年第2期中文核心期刊偏振延时干涉仪型CSRZ-Duobinary 全光码型转换器All optical CSRZ to duobinary converter based on polarization delay interferometerZHANG Xiao-yuan,YU Jin-long,WANG Wen-rui,YANG En-ze(Optical Fiber Communication Laboratory,School ofElectronic and Information Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China)Abstrac t:An all-optical format conveter based on polarization delay interferometer (PDI)is investigated.Ac-croding to the configuration design of the PDI,operation principle for CSRZ to Duoinary signal is analyzed,and numerically simulation proves that the presented scheme is feasible.The influence of differential group delay on the interference results is also investigated,it shows that inaccurate differential group delay will lead to degration of extinction ratio and receiver sensitivity of the output Duoinary signals.Key words :optical fiber communication;format conversion;polarization delay interferometer (PDI);differ-ential group delay (DGD)张晓媛，于晋龙，王文睿，杨恩泽（天津大学电子信息工程学院光纤通信实验室，天津300072）摘要：提出了利用偏振延时干涉仪（PD I ）实现C SR Z 到Duobi nar y 转换的全光码型转换器。
一种激光测量干涉仪的研究
苏 永江 近 【 要 】 年来 激 光 测 量 干 涉技 术 的研 究 受到越 来越 多的 重 视 特 别 是 随 着现 代 工 程技 术 的 飞 速 发 展 高精 度 的 低 频 微 小 振 动 测 量 已 经 摘 成为 目 前 工 业 和 科 学发 展 中迫 切需 要 解 决 的 问 题 术 的 改 进 型迈 克耳 逊 激 光 干 步仪 【 键词 】 光 干 涉 激 关 振动 测 量
, , 。 , ,
所 示 扩展光 源
发出的光波被分光镜
,
互 相 垂直 的 两臂 其 中一 束 光经 参 考反 射 镜 另 一 束光透过补偿板
, ,
反射 透过
,
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。 ,
,
度和准 确度 根据实际 的应 用 情 况 选 择适 合 的调 制解 调方法 还 可 以 提 高
激光 干 涉测 的测试分辨率和稳定性
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随着科学技术的发展 人 们对测量 工 具 也提 出 了 更高 的要 求 模 间 藕
因 而 激光 干 涉测量 技术 成为高 精
, “ ” 、
。
。
原理 世 纪 末 为测 量 地球和 以太 之 间的相对 运 动 而
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零 激 光干 涉仪 具 有 灵 敏 度 和精 度高 结构紧凑 装 置相 对 简单 成 本较 低和
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有限制反 射镜运 动速 度的因 素等优 点 而 被广 泛地 应用 于 高 精 密测量
光的偏振与干涉了解光的偏振与干涉规律
光的偏振与干涉了解光的偏振与干涉规律光的偏振与干涉规律光的偏振与干涉是光学领域的重要概念，它们对于我们理解光的行为和性质起着关键的作用。
本文将介绍光的偏振和干涉的基本概念、原理和规律，并对它们的应用进行探讨。
一、光的偏振光的偏振是指光的振动方向被限制在某个特定方向上的现象。
通常，自然光是由各个方向上振动的光波构成的，其振动方向在任意平面上均是随机分布的。
而偏振光则是由振动方向在一个平面上的光波构成的。
光的偏振可以通过偏振片来实现，偏振片只允许特定方向上的光通过，将其他方向上的光全部吸收或反射掉。
光的偏振现象可以用光的波动理论来解释。
根据波动理论，光是一种以波动形式传播的电磁辐射，其振动方向垂直于光的传播方向。
当光波通过某些介质或物体时，其振动方向会受到限制，只能在一个平面上振动。
这种现象也可以通过波的叠加原理来解释，当多个振动方向相同或相互平行的光波叠加时，它们的振动方向得到加强，形成偏振光。
二、光的干涉光的干涉是指两个或多个光波相互叠加时产生的互相增强或抵消的现象。
当两个光波相遇并叠加时，会形成干涉条纹，这是因为两个光波的振幅和相位差决定了它们在相遇点的干涉结果。
根据波动理论，光波通过空间传播时，会形成相干波。
当两个相干波相遇时，它们的振动方向、振幅和波长可能相同也可能不同。
若相遇点的振动方向、振幅和波长完全相同，两个光波会相互加强，形成干涉条纹的亮纹。
若相遇点的振动方向、振幅和波长存在差异，两个光波会相互抵消，形成干涉条纹的暗纹。
干涉现象也可以用干涉光的分波理论来解释。
根据分波理论，光的传播可以看作是各个波前上小面元发出的次级球面波的叠加。
当两个或多个光波相遇时，它们的次级球面波相互叠加，形成干涉效应。
干涉条纹的出现是干涉光波的振幅分布和相位差引起的。
三、光的偏振与干涉的应用光的偏振和干涉在科学研究和技术应用中具有广泛的应用价值。
以下是一些典型的应用领域：1. 光学显微镜：偏振光可用于显微镜成像过程中的样品对比增强。
光的偏振与光的干涉现象
Part Five
光的偏振与干涉的 理论基础
光的波动理论
光的波动性：光具有波动性，可以描述为电磁波的传播 光的偏振：光是一种横波，具有偏振性 光的干涉：两束或两束以上的光波相遇时，会产生干涉现象 光的衍射：光在传播过程中，遇到障碍物时会发生衍射现象
光的电磁理论
光的电磁理论：光具有电磁波 性质，由电场和磁场组成
光的偏振
光的偏振现象
偏振光的产生：自然光通过 偏振片或反射、折射等物理 过程产生
光的偏振：光波在传播过程 中，电场强度和磁场强度方 向保持固定的现象
偏振光的性质：偏振光的电 场强度和磁场强度方向保持
固定，但方向可以改变
偏振光的应用：光学仪器、 液晶显示器、3D电影等领域
都有广泛应用
偏振光的特点
光的偏振是光的一种基本属性，描述了光在空间中的振动方向 偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光三种类型 线偏振光是振动方向在一条直线上的偏振光 圆偏振光是振动方向在垂直于传播方向的平面内旋转的偏振光 椭圆偏振光是振动方向在垂直于传播方向的平面内椭圆旋转的偏振光 偏振光的特点在光学、光电子学和量子信息科学等领域有着广泛的应用
光的偏振：光波电场振动方向 与传播方向之间的关系
光的干涉：光波叠加后形成的 干涉条纹
光的偏振与干涉的关系：光的 偏振是光的干涉的基础，光的 干涉是光的偏振的体现
光的量子理论
光的量子理论 是解释光的偏 振与干涉现象 的基础
光的量子理论 认为光具有粒 子性，称为光 子
光子的能量与 频率成正比， 与波长成反比
光的干涉类型：分波长干涉、薄膜干涉、迈克尔逊干涉仪等
光的干涉应用：光学仪器、光纤通信、激光技术等领域
干涉的条件
两束光的相位差必须恒定
偏振光干涉原理
偏振光干涉原理
偏振光干涉是一种利用偏振光产生干涉现象的技术，它广泛应用于光学领域，
包括激光干涉仪、偏振干涉仪、光栅干涉仪等。
在这篇文档中，我们将深入探讨偏振光干涉的原理及其在实际应用中的重要性。
偏振光是指在特定方向上振动的光波，它具有振动方向的特性。
光波的振动方
向可以分为水平方向和垂直方向，分别对应着s光和p光。
当偏振光遇到透明介质
表面时，会发生反射和折射现象，这时就会产生偏振光干涉。
偏振光干涉的原理可以用菲涅尔公式来解释。
菲涅尔公式描述了光波在介质表
面反射和折射时的振幅和相位变化。
当两束偏振光在介质表面发生反射和折射后再次相遇时，它们的振幅和相位会发生变化，从而产生干涉现象。
这种干涉现象可以通过干涉条纹来观察，干涉条纹的间距和对比度与入射光的偏振状态、介质的折射率以及入射角等因素有关。
偏振光干涉在实际应用中具有重要意义。
首先，它可以用于测量光学元件的表
面形貌和光学性能。
通过观察干涉条纹的变化，可以推断出光学元件的表面形貌和折射率等参数。
其次，偏振光干涉还可以用于制备光栅、光学薄膜和其他光学器件。
通过精确控制偏振光的振动方向和光程差，可以实现对光学器件的精密加工和调控。
此外，偏振光干涉还被广泛应用于光学成像、光学通信和光学传感等领域，为光学技术的发展提供了重要支持。
总之，偏振光干涉作为一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景和重要的理
论意义。
通过深入理解偏振光干涉的原理和特性，我们可以更好地应用它于实际生产和科研中，推动光学技术的发展和进步。
希望本文对您对偏振光干涉有所帮助，谢谢阅读！。
物理学中的电磁波的偏振和干涉
物理学中的电磁波的偏振和干涉电磁波是一种横波，其振动方向垂直于传播方向。
在物理学中，电磁波的偏振和干涉是重要的概念和研究方向。
本文将围绕这两个主题展开讨论。
一、电磁波的偏振1.1 偏振的概念偏振是指电磁波的振动方向在特定平面上的性质。
偏振可以是线偏振、圆偏振或者椭圆偏振。
1.2 线偏振线偏振是指电磁波的振动方向限制在一个平面上，可以是垂直于传播方向的垂直偏振，也可以是平行于传播方向的水平偏振。
1.3 圆偏振圆偏振是指电磁波的振动方向沿着传播方向形成一个圆。
圆偏振可分为左旋圆偏振和右旋圆偏振，取决于电磁场的旋转方向。
1.4 椭圆偏振椭圆偏振是指电磁波的振动方向在一个平面上呈椭圆形。
椭圆偏振是线偏振和圆偏振的组合。
二、电磁波的干涉2.1 干涉的原理干涉是指两个或更多个电磁波相互叠加形成干涉图样的现象。
干涉是光的波动性质的重要证据之一。
2.2 干涉的类型干涉可以分为构造干涉和破坏干涉。
构造干涉产生干涉条纹，包括等厚干涉、等倾干涉和等离散干涉。
破坏干涉则会造成暗条纹或者彩色环。
2.3 光的干涉实验光的干涉实验是研究光的干涉现象的常用方法，并且对揭示光的波动性质具有重要意义。
干涉实验包括杨氏双缝干涉、杨氏双缝照明光栅干涉等。
2.4 干涉在技术中的应用干涉在光学领域有着广泛的应用，如干涉仪、激光干涉测量、干涉光栅、干涉显微镜等。
三、电磁波的偏振与干涉之间的关系3.1 偏振对干涉的影响偏振状态的不同会对干涉产生影响，例如对于杨氏双缝干涉实验，不同偏振方向的光在干涉图样中会呈现不同的形态。
3.2 干涉对偏振的影响干涉使得电磁波的振动方向发生改变，从而改变了电磁波的偏振。
例如，通过干涉光栅的光束在透射后偏振方向发生变化。
结论通过对物理学中的电磁波的偏振和干涉进行论述，可以看出它们在电磁波的研究和应用中起着重要的作用。
了解电磁波的偏振和干涉是深入理解光学现象和相关技术的基础。
进一步的研究和应用将有助于推动光学领域的发展和创新。
偏振光的观测与研究--实验报告.doc
偏振光的观测与研究--实验报告.doc
色散偏振光（Dispersive Polarized Light，DPL）一种可以在微观层面检测和分析物质及特殊结构的微细分析方式，作为测量技术和分析工具，已广泛应用于众多领域，如医学、化学、生物学等。
本实验旨在实验证明色散偏振光要经过两次偏振转换，来实现偏振状态的改变，动态改变色散偏振现象，从而用来检验小尺度物质的结构配置与特定频段的反应能力。
本次实验设备主要包括色散偏振系统、法拉第棱镜、可调谐激光仪和干涉仪等，使用如下操作步骤来验证色散偏振光的特性：
第一步，将准直镜安装在光源出口端，然后将法拉第棱镜放置于准直镜后方，控制量角仪调节棱镜来避免波前偏振发生；
第二步，用可调谐激光仪和光谱仪检测波长，并调节激光光强，使它符合干涉仪的识别分化度要求；
第三步，通过增加可调谐激光仪的功率来控制偏振角度，并将干涉仪的观测器安装在系统的出口处，观察由色散偏振光进行偏振转换后的色散偏振现象；
本次实验成功地证明了色散偏振光的特性，即通过偏振转换，色散偏振光可以实现动态偏振角度改变，从而达到检测特定频段内的物质结构配置的效果。
由此可以看出，色散偏振光技术对检测小尺度物质的微观结构和特定频段的反应能力有着突出的应用价值，非常适用于各种研究。
光的偏振和干涉现象在光学系统中的应用
添加标题
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新型光学器件：如光子集成电路、光 子传感器等，可以实现高速、高精度、 高稳定性的光学信号处理和检测。
光学系统的应用：在通信、医疗、军事 等领域，光学系统的应用越来越广泛， 未来将有更多的新型光学材料和器件涌 现，推动光学系统的发展和应用。
添加标题
光学系统的小型化：随着微纳加工技术的发展，光 学系统的尺寸逐渐减小，有利于在航空航天、医疗 等领域的应用。
改善视觉效果：在观看3D电影时，偏振滤镜可以提高视觉效果，使画面更加立体
消除眩光：通过调 整光学系统的偏振 片，可以消除眩光， 提高成像质量。
抑制反射光：在光学 系统中加入偏振片， 可以有效抑制反射光， 降低光损失。
提高对比度：通过应 用偏振片，可以增加 光学系统中的对比度， 使图像更加清晰。
增强特定方向上的光 线：在特定方向上应 用偏振片，可以增强 光线，提高成像效果。
干涉技术在光学元件检测中的应用：用于检测光学元件的表面形貌、折射率等参数
干涉技术在生物医学领域的应用：用于测量生物组织的折射率、厚度等参数，为医学诊断提 供依据
干涉技术在环境监测领域的应用：用于测量空气中的颗粒物、水质等环境参数
干涉技术在光学传感中的应用： 通过干涉现象检测微小的物理 量变化
干涉现象在光纤通信中的应用： 利用干涉原理提高信号传输的 稳定性和可靠性
提高图像清晰度 和对比度
消除眩光和反射 光
增强特定方向上 的光线强度
实现光学信息处 理和光学计算
偏振成像用于研究物质的结构和性质 在医学领域中，偏振成像用于诊断和治疗 在科学研究中，偏振成像用于观察和研究微观粒子 偏振成像还可以用于遥感、通信等领域
PART THREE
偏振光干涉原理
偏振光干涉原理偏振光干涉是一种利用偏振光产生干涉现象的技术，它在光学领域具有重要的应用价值。
偏振光干涉原理是指当两束偏振方向不同的光波相遇时，由于其光学性质的差异，会产生干涉现象。
这种现象广泛应用于光学仪器、光学通信、光学传感等领域。
本文将介绍偏振光干涉的基本原理及其在实际应用中的重要性。
偏振光是指在某一方向上振动的光波，其振动方向与光波传播方向垂直。
偏振光可以通过偏振片来产生，偏振片可以选择性地吸收或透射特定方向的光波，从而产生偏振光。
当两束偏振方向不同的光波相遇时，它们之间会发生干涉现象。
这是因为偏振光具有一定的相位差，当两束光波相遇时，它们的相位差会导致光波的叠加效应，从而产生干涉条纹。
偏振光干涉原理的重要性在于它可以用来测量光波的相位差，进而实现光学仪器的精密测量。
例如，在干涉仪中，通过调节两束光波的偏振方向和相位差，可以实现对光波的干涉效应进行精确控制。
这种技术在光学仪器的制造和调试过程中具有重要的应用价值，可以提高仪器的测量精度和稳定性。
此外，偏振光干涉还被广泛应用于光学通信和光学传感领域。
在光学通信中，偏振光干涉可以用来实现光波的调制和解调，从而提高光信号的传输速率和稳定性。
在光学传感中，偏振光干涉可以用来实现对光波的敏感检测，从而实现对光学信号的高灵敏度检测。
总之，偏振光干涉原理是一种重要的光学技术，它在光学领域具有广泛的应用价值。
通过对偏振光的精密控制和测量，可以实现对光学信号的高效处理和检测，从而推动光学技术的发展和应用。
随着光学领域的不断发展，相信偏振光干涉技术将会在更多领域展现出其重要的作用。
光学中的光的偏振和干涉原理
光学中的光的偏振和干涉原理在物理学中，光学是一个关于光的传播、偏振和干涉等方面的研究领域。
在这个领域中，人们对光的性质进行了深入的研究，其中包括光的偏振和干涉原理。
一. 光的偏振光的偏振是指光波的振动方向。
光通常是以垂直于传播方向的各个方向振动的，这种光称为自然光。
但是，我们可以通过一些方法来限制光波只沿特定方向振动，这时就会出现偏振光波。
一个常见的方法是使用偏振片。
当自然光通过偏振片时，偏振片会阻止其中垂直于其特定方向的振动，只允许平行于其特定方向的振动通过。
这样，输出的光就会呈现出偏振的状态。
除了偏振片，光的偏振还可以通过其他方法实现。
例如，当光被反射或折射时，如果它们的入射角度等于特定角度，那么只有振动在平面内的光才会被反射或折射，而垂直于平面的光则不会被反射或折射，因此出现了偏振。
在光学应用中，偏振光有很多重要的用途。
例如，人们可以使用偏振片来减少在照片或视频中反光的情况，从而提高成像质量。
二. 干涉原理干涉是指两个或多个波的叠加产生的现象。
在光学中，干涉现象可以用来研究光波的性质、制造光学元件以及开展其他相关研究。
干涉可以分为两种类型：相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指两个或多个波的相位差为常数的干涉。
相位差可以通过改变波长、路径差、入射角度等因素来调整。
非相干干涉是指两个或多个波的相位差不是常数的干涉。
这种干涉是由于不同位置、时间或频率的波不断随机地相遇所产生的。
在相干干涉中，两个波的相遇会产生干涉条纹。
这些干涉条纹通常是亮暗相间的，与光波叠加时波峰和波谷的位置有关。
人们可以使用干涉现象来制造一些光学元件，例如干涉仪、反射镜和衍射光栅等。
这些元件是光学传感器和其他相关技术中的重要组成部分。
干涉现象也被广泛应用于显微镜、光谱仪和激光干涉计等领域。
总之，光的偏振和干涉原理是光学中的两个重要方面。
了解这些原理可以为光学应用的研究和设计提供深入的洞察和认识。
随着技术的不断发展和应用需求的不断提高，人们对光学原理的研究也会越来越广泛和深入。
光的偏振和干涉教案光的偏振和干涉的实验方法和计算
光的偏振和干涉教案光的偏振和干涉的实验方法和计算光的偏振和干涉教案一、实验目的：通过实验，了解光的偏振和干涉现象，掌握相关的实验方法和计算。
二、实验器材：1. 平行光管2. 偏振光源3. 偏振片4. 透镜5. 光屏6. 干涉计7. 半波片8. 两个布垫三、实验原理：1. 光的偏振当光通过偏振片时，如果只有一个方向的偏振光能通过，那么该光就是偏振光。
光通过偏振片后，原先具有各个振动方向的光中只剩下偏振方向与偏振片相同的光。
2. 干涉当两束相干光同时照射到同一处时，它们的振动方向、振动速度和相位均相同或相差恰好为整数倍的波长，这两束光就会发生干涉现象。
干涉分为等厚干涉和等倾干涉两种。
四、实验步骤：1. 实验一：光的偏振将偏振片固定在平行光管前端，调整偏振片的位置，观察光的透过情况，并记录光强的变化。
2. 实验二：马吕斯定律a. 将平行光管调整至顶部，插入一块半波片，调整半波片的角度，使得透射光通过偏振片且为最亮。
记录下此时半波片的角度。
b. 固定半波片的方向，移动偏振片，观察和记录透射光强的变化。
3. 实验三：等厚干涉调整实验仪器，使得两束相干光垂直入射到光屏上，观察并记录干涉条纹的变化。
4. 实验四：等倾干涉a. 调整光源和反射镜的位置，使得两束反射光重合在一点上。
b. 经过透镜调整，使得干涉条纹清晰可见，观察并记录干涉条纹的变化。
五、实验数据记录和处理：根据实际实验情况，记录每个实验阶段的数据，如透射光强的变化、半波片的角度变化以及干涉条纹的变化等。
根据测量数据，进行相关计算并进行实验结果的分析与总结。
六、实验注意事项：1. 实验时要小心操作光源和光学器件。
2. 实验过程中要保持环境宁静，避免干扰光学实验。
3. 数据的记录要准确、清晰，并及时进行处理和分析。
七、实验总结：通过本次实验，我们深入了解了光的偏振和干涉现象，并学会了相关的实验方法和计算。
实验中我们观察到了偏振光的特性，通过调整半波片的角度以及改变偏振片的位置，我们能够控制光的透过和强弱。
光的偏振及应用的实验结果
光的偏振及应用的实验结果光是电磁波，它在传播过程中会呈现出不同的性质，包括偏振。
偏振是指光波在传播方向上的电场振荡方向，光波的偏振方式有水平偏振、垂直偏振、圆偏振和椭圆偏振等几种。
光的偏振性质在光学和电子学等领域中有广泛的应用，以下是一些应用实验结果的介绍。
1. 水平偏振光和垂直偏振光的消除偏振滤波片是一种可以使得只有满足一定偏振状态的光通过的器件。
利用这个原理，可以实现水平偏振光和垂直偏振光的消除。
实验中将一块直线偏振片置于光路上，使得光线只有水平方向的偏振状态通过。
在放置直线偏振片的后面放置一个强制转换波片，它可以将水平偏振光转换成垂直偏振光。
在转换后的光线后放置另外一块直线偏振片，它只能让垂直方向偏振的光线通过。
这样就可以消除水平偏振光和垂直偏振光。
2. 偏振干涉仪偏振干涉仪是一种测量光的相位差或折射率的仪器。
它主要由一系列偏振器和波片组成。
通过调节各个偏振器和波片的角度，可以测量样品的折射率和相位差。
这种干涉仪在生物医学、材料科学和光学等领域中有广泛的应用。
3. 偏振显微镜偏振显微镜是用于观察材料的光学特性的仪器。
它基于样品对偏振光的旋转现象，通过在样品和检测器中间加入一系列的偏振器和波片，从而可以得到样品的偏振旋转状态。
偏振显微镜被广泛应用于材料科学、生物医学和地质学等领域。
4. 光学通讯光学通讯是利用光来传输信息的技术。
由于在光传输过程中会出现干扰和损耗的问题，因此需要使用偏振光进行通讯信号传输。
在实际的应用中，需要使用高性能的偏振元件和偏振控制器来实现高速和高品质的光通讯。
总之，光的偏振性质在各个领域都有着广泛的应用。
通过各种实验和仪器的结合，人们可以更好地理解和控制光的偏振特性，进而推动技术的发展和创新。
近红外傅立叶变换与偏振干涉仪原理
近红外傅立叶变换与偏振干涉仪原理邓德文*（瑞士步琪（Buchi ）实验室仪器公司中国市场部，上海，200030）摘 要：本文简要阐述了近红外傅立叶变换的原理、传统迈克尔逊干涉仪的优势、缺点和人们对迈克尔逊干涉仪的改进、偏振干涉仪的原理、优点及其启示。
关键词：偏振干涉仪，傅立叶变换，迈克尔逊干涉仪，近红外随着科技的发展，近红外光谱仪已逐渐成为一种常规的实验室检测仪器，其便捷、快速、无污染和多功能的特点，使它成为常规分析测试的宠儿。
傅立叶变换光谱仪由于其快速、可靠、方法不受仪器约束的特点已成为近红外光谱仪的主流。
在这种背景下，本文讲述了傅立叶变换的简单原理、专家们对传统迈克尔逊干涉仪的改进以及近红外傅立叶变换干涉仪的最新发展，以期增加人们对近红外光谱仪的了解。
1 傅立叶变换原理近红外光谱是由一系列近红外波长（或频率）与其对应光信号强度（吸光度、透过率、反射率等）值构成的点所组成的曲线。
每一波长的光的信号强度都可对应一个可逆的傅立叶变换的正弦或余弦曲线，如图1所示。
图1 傅立叶变换原理示意图把所有波长的正弦曲线叠加起来，就得到一个干涉图。
干涉图经过傅立叶逆变换，还可以返回得到光谱图。
简单地说，能得到近红外的干涉图，就能得到相应的近红外谱图。
傅立叶变换是利用干涉仪调制光源出来的连续光，得到叠加的干涉谱图，经过傅立叶逆变换得到近红外谱图。
下面是传统迈克尔逊干涉仪的简要工作原理（图2）。
*作者简介：邓德文，男，2001年上海水产大学食品工学硕士毕业。
现工作于瑞士步琪（Buchi ）实验室仪器公司中国市场部，从事近红外产品的应用支持工作。
E-mail ：deng.d@ 。
FTFFT FT FFT图2 迈克儿逊干涉仪原理示意图从近红外光源S 和激光L 发出的光经分束器B/S 后，一半的光透过到达定镜F ，在定镜处反射回分束器，四分之一的光透过分束器回光源，四分之一的光经分束反射后向检测器方向传播；另一半的光被分束器反射至动镜M ，在动镜处再次反射回分束器，四分之一的光被分束器反射回光源，四分之一的光透过分束器向检测器方向传播。
HCN激光器小型化及工作参数优化
HCN激光器小型化及工作参数优化王成鑫;申俊杰;刘海庆;魏学朝;揭银先;张际波【摘要】对大功率连续波氰化氢(HCN)激光器进行了小型化,成功研制了谐振腔长度分别为2m和1m的小型化HCN激光器.改进了激光器的阴极腔头结构和阴极过渡段连接结构,对小型化激光器进行了系统的参数优化实验,同时使用了绝对功率计和光束分析仪对激光器的功率进行定标,使激光器的功率测量更为准确.在工作气体配比为N2:CH4∶H2=1∶1∶5的条件下,对影响小型HCN激光器功率输出的各种参数进行了优化调试实验,实验结果表明:2m激光器的最佳参数为放电管内径为(50±0.5) mm、耦合输出栅网500线/英寸、混合气体工作流量是10 mL/min、激光管外壁温度160℃、激光器工作电流0.65 A、工作气体气压为29 Pa时,功率输出最大为2.1 mW.1m激光器的最佳参数为:放电管内径为(30±0.5) mm、耦合输出栅网500线/英寸、混合气体工作流量是3.2 mL/min、激光管外壁温度160℃、激光器工作电流0.6A、工作气体压力8.6 Pa时,功率输出最大为0.6 mW.【期刊名称】《天津理工大学学报》【年(卷),期】2018(034)004【总页数】6页(P9-14)【关键词】激光器;功率;最佳参数;小型化;结构优化【作者】王成鑫;申俊杰;刘海庆;魏学朝;揭银先;张际波【作者单位】天津理工大学机械工程学院天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室机电工程国家级实验教学示范中心,天津300384;天津理工大学机械工程学院天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室机电工程国家级实验教学示范中心,天津300384;中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031【正文语种】中文【中图分类】TN248;TN245在聚变等离子体物理研究中，电子密度测量非常重要.等离子体电子密度可通过测量光在等离子体中传播的折射率得到.综合考虑电磁波传输和机械振动等影响，远红外激光波长最适合等离子体密度测量的波长之一，激光干涉仪[1]目前已经成为高温等离子体电子密度诊断的常规方法之一，而作为干涉仪光源的远红外激光器是我们不可缺少的一个研究对象.EAST装置是中国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置，旨在深入探索实现聚变能源的工程、物理问题.2014年EAST装置全面升级导致实验人员能活动的空间减小，不能像以前一样高效有序的进行实验.应等离子体所的要求，研制一台小型的HCN激光器.HCN激光器小型化之后，由于整体的体积变小，可以和托卡马克大装置靠的更近，大大的缩短了激光干涉仪器的光程，使激光器功率在光路上的衰减大大降低，从而提高可探测信号强度.此外，随着近年来太赫兹（0.1～2 THz）科技的发展[2-5]，太赫兹技术在安全检查、医疗诊断等领域都有着很好的应用前景.但是缺乏低功率、低成本、便携式、常温下工作的太赫兹辐射源一直是限制太赫兹系统发展和应用的最大瓶颈.而小型化后的HCN激光器（0.69 THz）作为太赫兹光源刚好可以解决太赫兹的瓶颈问题.HCN激光器小型化下的优化改进将促进HCN激光器在太赫兹技术在安全检查、医疗诊断等方面的应用.早在1976年国外已经实现了HCN激光器的小型化，国内还没有实现.本次实验成功的研制小型的HCN激光器，填补了国内没有小型HCN激光器的空白.本文优化了HCN激光器的结构并在小型化的过程中获得一系列实验结果，通过实验系统研究小型HCN激光器的输出功率随工作电流和混合工作气体压强的变化，使用了绝对功率计和光束分析仪对激光器的功率进行定标，使激光器的功率测量更为准确.并通过相关参数的调节达到对激光器输出功率的优化.1 远红外HCN激光器小型化1.1 远红外HCN激光器的工作原理HCN激光器属于气体分子激光器，相比于其它类型的激光器，其特点表现在以下两个方面：光束稳定性强、单色性好、光学均匀性好；粒子反转数高、能级激发截面大.激光器谐振腔内辉光放电时由CH4、N2之间发生化学反应生成HCN分子，其化学反应式如下所示：如图1所示，按照偶极跃迁选择定则，337 μm谱线对应于上能级1100（J=10）到下能级0400（J=9）的跃迁[6-10]（J表示转动量子数，前三个表示振动量子数）.图1 HCN气体分子放电能级跃迁图Fig.1 Energy levels of the HCN molecule 1.2 小型HCN激光器尺寸的确定小型HCN激光器的输出功率和其谐振腔的长度及内径有直接的函数关系，要确定小型HCN激光器的整体尺寸，首先要考虑的就是谐振腔的长度及其内径.对于HCN激光器，早期P.Bellan理论就推演出最佳输出功率与谐振腔的总长度（L+L′），内径d和外部损耗a0的关系为：此公式的图像表达形式如图2和图3所示.式中：d为激光管的内径；a0为外部损耗；L为激光管的放电长度；（L+L′）为激光管的总长度.外部损耗取决于反射镜上的散射损失、反射损失以及Pyrex波导管端和反射镜的耦合损失等，其值的大小约为百分之几.图2 1 m激光器最佳输出功率与放电管内径的关系（在不同外部损耗a0的条件下）Fig.2 1 m laser output power and discharge tube diameter as a function of the relationship with external loss a0图3 2 m激光器最佳输出功率与放电管内径的关系（在不同外部损耗a0的条件下）Fig.3 2 m laser output power and discharge tube diameter as a function of the relationship with external loss a0在波长和管壁材料确定的前提下，外部损失和波导管总长度唯一对应一个最佳的激光管内径d（见表1和表2），即：由放电长度固定不变，放电管内径与激光器的理想输出功率之间的函数关系可知，当放电管内径小于最佳内径的值时，激光器的理想输出功率随放电管内径的增加而变大，而且功率增加的速度很快.当放电管内径大于最佳内径的值时，激光器的理想输出功率随放电管内径的增加而变小，但功率减小的速度很慢.根据P.Bellan的理论推演确定，2 m激光器的放电管内径约为φ（50±0.5）mm，激光放电管总长为2.3 m；1 m激光器的放电管内径约为φ（30±0.5）mm，放电管总长为1.3 m.然后以放电管的尺寸为基准，设计出了小型HCN激光器其他的零部件结构和尺寸.如图4为小型激光器的阴极腔头和阳极腔头的装配图.表1 1 m腔长波导激光器对应不同损耗时的最佳管内直径Tab.1 The 1 m laser corresponds to the best tube diameter at different lossesa 0/% （L+L′）/m L′/m d/c m 21.3 0.3 3.831.3 0.3 3.341.3 0.3 3.051.3 0.3 2.861.3 0.3 2.6表2 2 m腔长波导激光器对应不同损耗时的最佳管内直径Tab.2 The 2 m lasercorresponds to the best tube diameter at different lossesa 0/% （L+L′）/m L′/m d/c m 22.3 0.3 4.832.3 0.3 4.342.3 0.3 3.652.3 0.3 3.362.3 0.3 3.1图4 小型HCN激光器阴极腔头和阳极腔头的装配图Fig.4 Compact HCN laser cathode cavity and anode cavity assembly diagram1.3 远红外HCN激光器小型化的结构及优化设计已经研制成功的小型HCN气体激光器结构简图如图5所示.目前已有谐振腔长度为2 m和1 m的两种小型化激光器.这是一台轴向的流动式激光器，工作电流方向、混合气体流动方向和激光器的光路方向在同一轴线上，工作气体从放电管的阴极端连续不断的输入，在放电管的阳极端由真空泵连续不断的抽走.由于工作气体不间断的连续输入，在激光器稳定工作时，放电管内的混合工作气体的温度不会很高，影响激光器工作的杂质气体也可以及时排出，因而激光器能够长时间的稳定放电[11].图5 HCN激光器机构简图Fig.5 Schematic diagram of the discharge pumped HCN laserHCN激光器在放电过程中放电管内壁会逐渐产生棕色聚氰化合物沉积[12]，该化合物影响波导反射会增大激光器的外部损耗，进而影响激光器的功率输出.而且越是靠近阴极产生的这种聚氰化合物沉淀就越多.HCN激光器使用坦筒作为阴极，由于激光器连续运行，一段时间运行后，坦筒达到使用寿命极限，必须进行更换.为了减少该化合物对功率的影响和便于更换坦筒，在放电管和阴极之间增加一个可以随时拆卸的过渡段（过渡段机构简图如图6所示），过渡段的左端和玻璃放电管相接触，由一个卡扣和若干垫圈固定连接和密封；过渡段的右端和阴极相接触，由一个压盖和垫圈固定连接和密封.当过渡段内的化合物沉淀过多或者坦筒达到使用寿命极限影响功率时，可以拆掉过渡段，并清洗过渡段内壁上的化合物沉淀.图6 过渡段结构简图Fig.6 Schematic diagram of the cathode transitionstructure为了在实际使用中进行光路准直和清洗激光管内壁的聚氰化物等需要，HCN激光器的阴极调节腔头也是需要经常拆装的一个部件，为了能更加快速高效的拆装阴极调节腔头，对其加以改进，使其结构简单，拆装容易.如图7所示，O型的密封圈提供密封作用，反射镜压盖把平面反射镜固定在阶梯轴上，右侧的旋钮通过调节阶梯轴间接的调节反射镜的轴向运动.这种结构可使反射镜沿光轴方向平移10 mm以上.放电管的材料是Pyrex玻璃，由于HCN（337μm）激光谐振腔纵模间隔（Δν=c/2L，c为光速；L为腔体长度）大于激光的自然线宽，HCN激光器的谐振腔为波导谐振腔[13]，采用平面腔形式.谐振腔的阴极端是一个平面反射镜，其表面镀金，玻璃基底，用图7中的调节旋钮来调节反射镜的水平位置，来调节腔的长度为半波长的整数倍，从而使激光器的输出功率达到最大.用四个螺钉调节反射镜和光轴之间的角度，以得到所需的稳定的激光输出功率.腔的阳极端用的是金属镍网作耦合输出，其透过率为93%.在金属网前面5 mm处平行且均匀的安装五根直径为50 μm的钨丝，从而能得到线偏振的激光输出.激光器的四周用4根膨胀系数为1 μm/℃的因瓦合金棒（4J32φ1.5 cm）稳固，以确保谐振腔的腔长在外界环境温度变化下小于几个微米.激光器两端用环氧板（绝缘）支撑，并以因瓦合金连接[14].图7 阴极调节腔头结构简图Fig.7 Schematic diagram of the cathode cavity head2 小型HCN激光器的输出特性2.1 最佳调试参数HCN激光器的最佳运行参数是多元化的，需要做多次重复的实验才能测得.最佳参数包括混合工作气体的气压、工作电流、激光器放电管外壁温度以及栅网的选择等. 实验选定混合工作气体配比为N2∶CH4∶H2=1∶1∶5，输出栅网为500线/英寸.激光器工作电流为0.5～0.95A（1m和2m激光器的最佳工作电流分别是0.6A和0.65A），混合工作气体的气压为4～38Pa（1m和2m的最佳工作气压分别是29 Pa和8.6 Pa），混合气体工作流量在1.2～13 mL/min范围内变化（1 m和2 m最佳混合气体工作流量分别是10mL/min和3.2mL/min）.激光器放电管外壁温度控制在130～170℃之间.实验中HCN激光器输出功率是用低频探头[15]、斩波器、光束分析仪[16]、绝对功率计[17]测得.低频探测器只对低频脉冲波有响应，在测量的过程中，将斩波器放在激光器的阳极输出窗口，对激光器输出的连续远红外波进行斩波，从而可以得到激光束形成脉冲，以引起探测器的响应.低频探测器感光面积直径约为2 mm，可以准确的测量激光束截面上某点的相对能量大小，其输出方式为电压信号，输出的电压值越大则代表该点能量值越高，电压值与能量值成正比关系，由此可以对某一区域光斑横截面上的能量分布进行扫描以及用绝对功率计进行功率的定标，从而可以很精确的得到激光器输出功率的值和判断该处光束是否为高斯光.测1 m激光器的功率时，先通过低频探头和斩波器得到1 m激光器的最大电压信号为60 mV，然后通过绝对功率计和光束仪分析检测后总功率为0.6 mW，输出模式为单高斯模.同理，测2 m激光器的功率时先通过低频探头和斩波器得到2 m激光器的最大电压信号为80 mV，然后通过绝对功率计和光束仪分析检测后总功率为0.95 mW，输出模式为单高斯模[18-19].2.2 工作气体压强对输出功率的影响在混合气体配比N2∶CH4∶H2=1∶1∶5 的条件下，在激光器稳定工作时，通过改变激光器管内混合工作气体的压强并测量和记录每个压强值所对应的激光器输出功率的大小，从而获得激光输出功率与放电管内的混合工作气体压强的关系.实验结果如图所示，输出的功率信号先随着工作气体压强的增加而增大，当压强达到某一个临界点是时，输出功率信号随着工作气体压强的增加而减小.2 m激光器在管内气体压强为29 Pa时输出功率信号达到最大为2.1 mW（见图8）.1 m激光器在管内气体压强为8.6 Pa时输出功率信号达到最大为0.6 mW（见图9）.2.3 工作电流对激光器功率的影响图8 2m激光器输出功率随工作气压的变化曲线Fig.82 m Laser output power as a function of pressure图9 1m激光器输出功率随工作气压的变化曲线Fig.91 m Laser output power as a function of pressure在混合气体配比N2∶CH4∶H2=1∶1∶5的条件下，当激光器稳定工作时，逐渐改变工作电流的大小并测量和记录每个电流值所对应的激光器输出功率的大小，从而获得激光器的输出功率与工作电流的关系.通过测量，发现输出功率信号随着电流的变大而增大，对于2 m激光器（见图10），当电流达到0.95A时，输出功率达到最大为2.5 mW.对于1 m激光器（见图11），当电流达到0.9A时，输出功率达到最大为0.75 mW.当激光器的电流大于1 A的时候，由于阴极打火严重导致功率不稳，对激光器有损害，就没有选择继续提升电流.图10 2m激光器输出功率随电流的变化曲线Fig.10 2 m Laser output power as a function of current图11 1m激光器输出功率随电流的变化曲线Fig.11 1 m Laser output power asa function of current3 结论对大功率连续波氰化氢（HCN）激光器进行了小型化，成功研制了谐振腔长分别为2 m和1 m的小型化HCN激光器，改进了激光器的阴极腔头结构和阴极过渡段连接结构，使用了绝对功率计和光束分析仪对激光器的功率进行定标，使激光器的功率测量更为准确.对小型化激光器进行了系统的参数优化实验，在工作气体配比为N2∶CH4∶H2=1∶1∶5 的条件下，2 m激光器的最佳参数为：放电管内径为φ50±0.5 mm、栅网500线/英寸、混合气体工作流量是10 ml/min、激光管外壁温度为160℃、激光器工作电流为0.65A、工作气体压力为29 Pa时，功率输出最大为2.1 mW.1 m激光器的最佳参数为：放电管内径为（30±0.5）mm、栅网500 线/英寸、混合气体工作流量是7.8 ml/min、激光管外壁温度为160℃、激光器工作电流为0.6A、工作气体压力为27 Pa，功率输出最大为0.6 mW.输出模式为单高斯模.虽然早在1976年国外就已经研制出小型的HCN激光器，但当时的太赫兹技术还没有兴起，小型的HCN激光器并没有展示其相应的价值.现在随着太赫兹技术在安全检查、医疗诊断等领域迅速的发展，小型HCN激光器作为太赫兹的光源可以完美的解决太赫兹技术的瓶颈问题.在此时成功研制出小型的HCN激光器并优化其结构正是顺应时代的潮流，不仅填补了国内没有小型HCN激光器的空白，又为太赫兹技术的迅速发展奠定了基础.致谢：感谢中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所提供的设备支持.参考文献：【相关文献】［1］华志励，李磊.基于激光干涉仪式水听器的近海海洋环境噪声测量研究［J］.光电子·激光，2014，25（7）：1376-1380.［2］李孟奇，谭智勇.基于太赫兹量子级联激光器的反射式快速扫描成像［J］.光学学报，2017，37（6）：103-109.［3］成彬彬，李慧萍.太赫兹成像技术在站开始安检中的应用［J］.太赫兹科学与电子信息学报，2015，13（6）：843-848.［4］谭志勇，万文坚.基于太赫兹量子级联激光器的实时成像研究进展［J］.中国光学，2017，10（1）：68-76.［5］王亚海，胡大海.太赫兹成像技术［J］.微波学报，2015（S1）：36-39.［6］高丽.J-TEXT等离子体电子密度诊断系统的建立［D］.武汉：华中科技大学，2009：68-70.［7］李根.EAST远红外HCN双色激光器系统的研制及中频控制的研制［D］.天津：天津理工大学，2016：6-10.［8］张际波.HCN激光干涉仪功率的自动反馈控制及远程控制［D］.天津：天津理工大学，2016：6-14.［9］张际波，申俊杰.基于PLC和组态王的HCN双激光器功率稳定监控系统［J］.天津理工大学学报，2016，32（6）：20-24.［10］李根，申俊杰.基于PLC和组态王的激光器功率监控系统［J］.光电子·激光，2016，27（8）：792-797.［11］魏学朝，刘海庆.连续辉光放电波导型远红外氘化氰激光器输出性能优化［J］.核聚变与等离子体物理，2016，36（2）：126-130.［12］唐益武，邓中超.长腔HCN激光器工作参数优化［J］.核聚变与等离子体物理，2009，29（1）：23-26.［13］高丽，周艳，等.高功率HCN波导激光器研制［J］.核聚变与等离子体物理，2009，29（1）：112-120.［15］Jie 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EAST偏振干涉仪研制
等离子体电子密度和电流密度是核聚变等离子体的主要参数。
在托卡马克运行模式研究中发现,等离子体电流参与了等离子体的磁流体平衡的过程。
当采用离轴电流驱动实现电流中空分布的情况下,可以建立等离子体内部输运垒进而可以显著改善等离子体芯部区域约束情况。
研究认为这是由于电流密度剖面的改变进而导致磁剪切的改变,并影响等离子体的输运,使其由反常输运降低到了新经典输运的水平,从而促使了内部输运垒的建立。
由于等离子体电流密度分布与磁流体的稳定性密切相关,因此在托卡马克或者未来聚变反应堆中,电流分布的测量与反馈控制至关重要。
经过多年的发展,偏振干涉仪被认为测量电子密度和电流分布最可靠的手段之一。
为了配合EAST 全超导托卡马克放电实验,开展不同放电位形、不同壁条件、不同加热功率、长脉冲运行条件下电流密度的观测和行为的研究,我们需要对电流密度诊断进行改进优化。
本文的主要工作发展11道偏振干涉仪系统,实现系统的空间分辨率及电流分布的高精度测量。
主要工作为:完成系统的光学和机械设计;分析了各种系统误差并对其进行误差标定、提高系统测量精度,完善了系统的标定方法和标定精度;开展了驻波误差的理论分析,并在实验中对其进行了消除。
利用偏振干涉仪准确的进行了电流分布、电子密度分布、电子密度扰动等物理参数的准确测量和分析。
本文首先对干涉仪和偏振仪的测量原理进行阐述,介绍了偏振干涉的几种测量方法并进行对比,并着重对POINT系统所采用的三波法技术进行阐述。
通过对高斯光束传播原理和远红外光学元件的分析,对11道偏振干涉仪进行了详细优化的光学设计,其中包括:光路设计、光路系统模拟、光学元件尺寸设计等;随后对偏振干涉仪的光学平台、光学塔架的机械稳定性设计进行描述,介绍系统的机械振动测试,最终确定由光学平台和光学塔架造成的振动误差小于系统的测量精度;为了提高偏振干涉仪法拉第旋转角的测量精度,同时保证偏振干涉仪测量数据真实性、可靠性,我们对偏振干涉仪的误差进行了详细分析及计算,并给出相应的处理方法;结合法拉第旋转角的测量数据,详细分析了杂散光效应对偏振测量的影响,并设计了一种光学隔离器以减少杂散光的干扰,极大的提高了法拉第旋转角的测量精度;通过对系统共线调节、偏振态调节,杂散光消除等关键技术问题的解决,EAST偏
振干涉仪系统可以准确地给出电子密度分布和电流密度分布。
最终系统的测量精度为:时间分辨率为1微秒;电子密度测量精度为1×1017m-3;法拉第旋转角测量精度为0.1°。
最后文中给出了 EAST偏振干涉仪的实验测量结果,给出了高时间分辨率、高精度的电子密度和法拉第旋转角测量数据,并利用实时数字比相系统(DPD),实时输出测量结果给等离子体控制系统(PCS),利用电子密度数据为等离子体放电提供密度反馈控制,也为电流分布和垂直位移反馈控制奠定基础。