광탄성 변조기
Photoelastic modulator |
광탄성 변조기(PEM)는 광원의 양극화를 변조하는 데 사용되는 광학 장치다.광탄성 효과는 광탄성 변조기에서 광학적 소자의 2중성을 변화시키기 위해 사용된다.
PEM은 1960년대에 J. Badoz에 의해 처음 발명되었고 원래 "Birefringence modulator"라고 불렸다.광학 로터리 분산과 패러데이 회전, 천문학적 물체의 극지방도, 변종 유발 바이얼링, 생략계측 등 물리적 측정을 위해 처음 개발됐다.나중에 이 광탄성 변조기의 개발자들은 J.C Kemp, S.를 포함한다.N 재스퍼슨과 S.E Schnatterly.
설명
광탄성 모듈레이터의 기본 설계는 압전 변환기와 반파 공명 막대(bar)로 구성된다. 막대는 투명 재료(현재 가장 일반적으로 퓨전된 실리카)가 된다.변환기는 바의 고유 주파수에 맞춰 조정된다.이 공명 변조는 매우 민감한 양극화 측정을 초래한다.광체의 기본 진동은 가장 긴 치수를 따라 움직인다.
기본 원리
광탄성 변조기의 작동 원리는 기계적으로 응력된 표본이 결과 변형에 비례하는 이반성을 보이는 광탄성 효과에 기초한다.광탄성 변조기는 광학 소자/트랜듀서 어셈블리의 특성에 의해 정확한 진동 주파수가 결정되는 공명 장치다.변환기는 긴 치수를 따라 광학 소자의 공진 주파수에 맞춰 조정되며, 그 길이와 재료 내 음속도에 따라 결정된다.그런 다음 변환기를 통해 전류가 보내져 투명한 물질의 이륜성을 변화시키는 스트레칭과 압축을 통해 광학적 소자를 진동시킨다.이 공명 특성 때문에 광학적 소자의 이륜성은 큰 진폭으로 변조할 수 있지만, 같은 이유로 PEM의 작동은 단일 주파수로 제한되며, 오늘날 제조된 대부분의 상용 장치는 약 50kHz에서 작동한다.
적용들
광원의 편광 변조
이것은 PEM의 가장 기본적인 응용과 기능이다.PEM의 광학축으로부터 45도에서 원래 광원이 선형적으로 편광되는 일반적인 설정에서 결과적인 빛의 편광은 PEM 작동 주파수 f에서 변조되며, 사인파 변조 신호의 경우 다음과 같이 존스 매트릭스 형식주의로 표현할 수 있다.
여기서 A는 변조의 진폭이다.
광학 축에 45도 각도에서 충돌하는 선형 편광 단색광은 PEM의 광학 축에 수직인 두 구성 요소의 합으로 생각할 수 있다.플레이트에 도입된 이륜성은 이들 구성 요소 중 하나를 다른 구성 요소보다 더 지연시킬 것이다. 즉, PEM이 튜닝 가능한 파형 플레이트 역할을 한다.일반적으로 진동의 정점에 있는 1/4파 또는 1/2파 판으로 조정된다.
쿼터파 판의 경우 주어진 파장에서 한 성분이 다른 요소에 비해 90도씩 교대로 지연되고 진전되도록 진동 진폭을 조정하여 나가는 빛이 피크에서 좌우로 원형으로 편광되도록 한다.
기준 신호는 모듈레이터 오실레이터에서 가져와 위상에 민감한 검출기인 디모듈레이터를 구동하는 데 사용된다.
진동 진폭은 변조기를 통과하는 빛의 파장에 비례하는 외부 인가 전압에 의해 조정된다.
폴라리메트리
일반적인 편광계 설정은 교차 분석기 설정을 구성하는 두 개의 선형 편광기, 빛의 편광 변화를 소개하는 광학 샘플, 그리고 PEM이 편광 상태를 추가로 변조하는 것으로 구성된다.PEM 작동 주파수의 기본 고조파와 두 번째 고조파에서 최종 검출된 강도는 표본에 의해 도입된 타원성과 회전에 따라 달라진다.
PEM 극지방측정법은 PEM 작동 주파수가 아닌 많은 소음원을 제외하고 고주파수에서 신호를 변조(그리고 종종 잠금식 증폭기로 감지)하고, 잠금식 증폭기의 대역폭에 의해 백색 노이즈를 감쇠시킨다는 장점이 있다.
