高精确度光学外差偏极计.PDF

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