发明名称 微小波长变化测量装置及其方法
摘要 一种微小波长变化测量装置及其方法,其系利用对掌性(chiral)晶体的光学活性特性与共光程外差干涉技术,提出一种光学干涉仪的架构来侦测微小波长的变化量。当一旋光外差光源经过一对掌性晶体之后,其光学活性将会随着波长变化而产生旋转角的变化,此时利用外差干涉技术测量该旋转角所引起的相位变化,并进行推演计算即可求得波长的变化量。本发明除了可操作在微小波长变化之量测上,亦可操作在大范围波长变化的量测上,此装置同时具有架构简单、操作容易、即时、快速、避免外界环境扰动影响与高灵敏度等的优点。
申请公布号 TWI291550 申请公布日期 2007.12.21
申请号 TW095140198 申请日期 2006.10.31
申请人 林俊佑;陈坤煌 桃园县桃园市北华街39之2号5楼;陈敬恒 桃园县龟山乡永吉街55号 发明人 林俊佑;陈坤煌;陈敬恒
分类号 G01J9/02(2006.01);G01B9/02(2006.01) 主分类号 G01J9/02(2006.01)
代理机构 代理人 林火泉 台北市大安区忠孝东路4段311号12楼之1
主权项 1.一种微小波长变化测量装置,包括: 一外差光源,系为一雷射光源; 一测试模组,其系具有一对掌性晶体,该外差光原 先转换成旋光外差光源后入射至该对掌性晶体,其 光学活性会随着该雷射光源之波长变化而产生旋 转角的变化量;以及 一计算装置,用以作为数値计算,并根据该测试模 组产生之该变化量取得该雷射光源之波长变化量 。 2.如申请专利范围第1项所述之微小波长变化测量 装置,其中该外差光源系射出水平偏光与垂直偏光 间有角频差的光线。 3.如申请专利范围第1项所述之微小波长变化测量 装置,其中该外差光源系包括: 一可调式雷射光,可发射出一线性偏振雷射光源; 一函数产生器,系可产生一波形函数讯号; 一线性电压放大器,对该波形函数讯号进行电压放 大;以及 一电光晶体调制器,根据该函数产生器与该线性电 压放大器之讯号进行调制,以射出该外差光源。 4.如申请专利范围第1项所述之微小波长变化测量 装置,其中该测试模组更包括一分光器将入射之该 外差光源分为反射光及穿透光;该反射光先穿透一 第一检偏板进入一第一光侦测器,使该第一光侦测 器测得一参考讯号;且该穿透光则通过一第一四分 之一波片转成旋光外差光源后入射至该对掌性晶 体,再经一第二四分之一波片及一高反射率面镜反 射后,再依序穿过该第二四分之一波片、该对掌性 晶体、该第一四分之一波片后经该分光器反射后, 穿透一第二检偏板入射至一第二光侦测器,以测得 一测试讯号,使该计算装置接收来自该第一与第二 光侦测器的该参考讯号与测试讯号,并计算二者之 波长变化所产生旋转角的相位差变化量,进而计算 出该雷射光源之波长变化量。 5.如申请专利范围第4项所述之微小波长变化测量 装置,其中该第一四分之一波片系定于快轴与水平 方向夹45度的位置。 6.如申请专利范围第4项所述之微小波长变化测量 装置,其中该第二四分之一波片系定于快轴与水平 方向夹135度的位置。 7.如申请专利范围第4项所述之微小波长变化测量 装置,其中该相位差变化量系利用共光程外差干涉 技术取得者。 8.如申请专利范围第4项所述之微小波长变化测量 装置,其中该计算装置更包括: 一锁相放大器,其系根据该测试讯号与该参考讯号 求得该相位差变化量;以及 一电脑,根据该相位差变化量计算出该雷射光源之 波长变化量。 9.如申请专利范围第4项所述之微小波长变化测量 装置,其中该计算装置更包括: 一锁相放大器,其系根据该测试讯号与该参考讯号 求得该相位差变化量;以及 一回授控制装置,其系连接该外差光源与该锁相放 大器,该回授控制装置可侦测该第一光侦测器之外 差讯号,并据此回馈调整该外差光源与锁相放大器 。 10.如申请专利范围第9项所述之微小波长变化测量 装置,其中该回授控制装置更包括一示波器来侦测 该第一光侦测器之外差信号,以及一电脑,进行所 有的运算处理。 11.如申请专利范围第8或第9项所述之微小波长变 化测量装置,其中该相位差变化量与该波长变化量 之关系式为: 12.一种微小波长变化测量方法,包括下列步骤: 提供一外差光源,其系为一雷射光源;以及 将该外差光源经至少一光学路径入射至一四分之 一波片后产生旋光外差光源,并入射至一对掌性晶 体,其对掌性晶体的光学活性会随着该雷射光源之 波长变化而产生旋转角的变化量;以及计算该变化 量,以取得该雷射光源之波长变化量。 13.如申请专利范围第12项所述之微小波长变化测 量方法,其中该外差光源系射出水平偏光与垂直偏 光间有角频差的光线。 14.如申请专利范围第12项所述之微小波长变化测 量方法,其中该外差光源更可经过一分光器,以分 为反射光及穿透光的二条光学路径;该反射光先穿 透一第一检偏板进入一第一光侦测器,使该第一光 侦测器测得一参考讯号;且该穿透光则通过一第一 四分之一波片转成旋光外差光源后入射至该对掌 性晶体,再经一第二四分之一波片及一高反射率面 镜反射后,再依序穿过该第二四分之一波片、该对 掌性晶体、该第一四分之一波片后经该分光器反 射后,穿透一第二检偏板入射至一第二光侦测器, 以测得一测试讯号,进而根据该参考讯号与测试讯 号计算出二者间之波长变化所产生旋转角的相位 差变化量,进而计算出该雷射光源之波长变化量。 15.如申请专利范围第14项所述之微小波长变化测 量方法,其中该第一四分之一波片系定于快轴与水 平方向夹45度的位置。 16.如申请专利范围第14项所述之微小波长变化测 量方法,其中该第二四分之一波片系定于快轴与水 平方向夹135度的位置。 17.如申请专利范围第14项所述之微小波长变化测 量方法,其中该相位差变化量系利用共光程外差干 涉技术取得者。 18.如申请专利范围第14项所述之微小波长变化测 量方法,其中该相位差变化量与该波长变化量之关 系式为: 图式简单说明: 第一图为本发明微小波长变化测量装置之一实施 例的架构示意图。 第二图为本发明之相位差的变化量′对波长 变化量之间的关系图。 第三图为本发明之雷射输出波长的读取値r和 测量値间之关系图。 第四图为在本发明之微小波长变化测量装置中新 增回授控制装置的架构示意图。 第五图为在实验上所测得的半波电压与光源波长 之关系曲线图。 第六图为光学旋转角与波长之关系图。
地址 彰化县彰化市师大路2号国立彰化师范大学机电系