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第五章高精确度光学外差偏极计
第五章 高精確度光學外差偏極計
5.1 前言
在生物科技的檢測中 ,生物體中的對掌性物質濃度往往都不高 ,例如人類的
血糖濃度 [1] ,因此造成光學旋轉角的旋轉角度也不大,一般的光學偏極計的量
測精確度有限 [2-7] ,所以對於旋角角度很小的對掌性物質,較不易量測。
為了克服此一困難 ,本章提出一種高精確度光學外差偏極計 ,可用於測量光
學旋轉角度很小的對掌性物質。其原理是當經過待測物並且由 Mach-Zehender 干
涉儀所輸出的兩組外差光源,分別經過幾個偏光元件後再干涉;當偏光元件的方
位角在適當的條件下 ,干涉信號中關於光學旋轉角的相位差會被放大 ,而被放大
的相位差可利用外差干涉術測量出來 ,同時光學旋轉角也可被估計出來 。由於相
位差放大的關係 ,光學旋轉角的量測解析度也會被提高 。同時 ,因為量測解析度
提高,所以所需待測物的厚度可以縮短,使得所需待測物的量也跟著減少。
5.2 原理
本方法的設計架構圖如Fig. 5.1所示 。為了方便起見 ,定+z軸為光行進方向 ,x
軸為水平方向。一水平 偏振光經過一快軸與 軸夾x θ/2的二分之一波片 H後,其
h
Jones vector可表示為
⎛cosθh ⎞
Ei ⎜⎜sinθ ⎟⎟. (5.1)
⎝ h ⎠
此線性偏振光繼續通過快軸在x 方向上的電光調制器。外加驅動器產生一個鋸齒
49
波電壓訊號驅動電光晶體。鋸齒波的角頻率與振幅分別為 ω及 Vλ/2 。因此經過
電光晶體後,光的 Jones vector變成
E ′ EO (ωt) ⋅E
i i
⎛⎜eiωt 2 0 ⎞⎟⎛⎜⎜cosθh ⎞⎟⎟
⎜⎝ 0 e−iωt 2 ⎠⎟⎝sinθh ⎠
⎛ ⋅ iωt / 2 ⎞
cosθ e
⎜⎜ h −iωt / 2 ⎟⎟. (5.2)
⋅
sinθ e
⎝ h ⎠
其次,此光束進入如Fig. 5.1所示,由偏極分光鏡 PBS 、兩個面鏡M及 M 與分光
a b
器 BS所組成的 Mach-Zehnder干涉儀中 ,待測物 S放在其中一光程中 。光束被偏極
分光器(PBS)分成兩路徑 :(a) PBS→M →S→BS 及 (b) PBS→M →BS, 其中待測
a b
物置於路徑(a)中。穿透的 p-偏光與反射的 s-偏光在分光器處重疊產生電場 Et ,可
表示為
H
PBS
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