超高速快軸旋轉圓形彈光調制技術研究

劉燕霖，張瑞，薛鵬，陳媛媛，王志斌，李孟委

（中北大學 儀器與電子學院， 山西省光電信息與儀器工程技術研究中心，太原 030051）

0 引言

微電子在線原位檢測、捕捉材料物理生物瞬態機制的變化過程對高速測量的要求越來越高［1-3］，傳統廣義橢偏測量技術采用旋轉補償器或者雙補償器的結構進行測量，時間分辨率只能達到秒級，測量速度受限。彈光調制器（Photoelastic Modulator， PEM）作為一種光學諧振式偏振調制器件，具有調制速率高（數十kHz至數百kHz）、穩定性好（工作在諧振狀態）等特點［4-6］。當PEM 處于諧振狀態時，壓電驅動器的逆壓電效應使得彈光晶體內部出現雙折射現象［7-8］，從而對通過彈光晶體的光信號進行相位調制。

2010 年，PETKOVSEK R 等開發了基于PEM 的高速穆勒矩陣部分元素橢偏測量方法，時間分辨率可達30 μs［9］，但該方法無法實現全穆勒矩陣16 個元素的測量；2012 年，ORIOL A 等通過使用4 個PEM 實現全穆勒矩陣橢偏測量，時間分辨率可達0.7 s［10］，但結構較為復雜；2014 年，LóPEZ-TéLLEZ J M 等通過液晶可變相位延長器（Liquid Crystal Variable Retarder，LCVR）實現橢偏測量，但由于LCVRs 的調制頻率較低，最終橢偏測量時間分辨率僅為2 s［11］；2019 年EBNER A 等提出基于彈光調制的紅外穆勒矩陣部分元素橢偏測量方法，時間分辨率優于1 s［12］。上述方法無法同時滿足毫秒級時間分辨率和全穆勒矩陣廣義橢偏測量。2020 年劉世元等提出基于雙彈光偏振調制和分振幅偏振解調原理的高速全穆勒矩陣橢偏測量方法，時間分辨率可達11 μs［13］，真正實現微秒級廣義橢偏測量，但該系統需要6 個光電倍增管和多個分束鏡，整個系統比較復雜。……