【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于旋光角检测，具体涉及一种基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测装置及方法。
技术介绍
1、随着技术的发展，光学旋光的高精度和高灵敏度测量在好的领域被应用，尤其是在高精度高灵敏度量子磁强计、serf陀螺等应用，其旋光测量的精度和灵敏度直接决定了磁强计、serf陀螺的探测精度和灵敏度。
2、常用的高灵敏度旋光测量调制方法有法拉第调制、电光调制和光弹调制等方法。法拉第调制发使用法拉第调制器，其调制角由外加磁场大小决定，受磁场波动和温度波动影响大，灵敏度和精度都较低；电光调制器调制发使用电光调制器可以实现微弱角调制，但对系统准真要求极高，不能实现大光斑检测，且电光自身驱动电压波动影响无法消除。
3、光弹调制器就是一种运行在谐振频率状态下的偏振调制器件，光弹调制器(photoelastic modulator,pem)是一种基于光学双折射晶体材料光弹效应的高速相位调制器件，由于具有无机械振动影响、入射角较大、调制频率高、损耗小、波段范围宽(可从真空紫外到远红外)等优点，对光学偏振领域都产生了积极的推动作用，在高精度和高灵敏度旋光角检测领域也被广泛应用，中北大学王志斌课题组提出“一种弹光调制测旋光的装置及方法201510255428.2”，通过锁相放大直流和二倍频信号幅值，可实现旋光角的测量，但需要将光弹调制器相位延迟幅值定在2.405rad，延迟量的波动对其测量精度有影响，且由于需要直流信号，因此环境光对其有一定影响；北京航空航天大学房建成团队提出“基于光弹调制器的深调制光学旋光角检测装置及方法202
技术实现思路
1、针对上述现有光弹调制旋光测量中，环境影响、光源波动及光弹调制器自身影响导致残余双折射和调制相位幅值不稳定对旋光角测量精度下降的技术问题，本专利技术提供了一种基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测装置及方法，实时获得两个光弹调制器的相位延迟幅值、消除光源光强波动影响，且与两个光弹调制器的残余双折射无关，大幅提高旋光角测量精度。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
3、基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测装置，包括光源、0°起偏器、待测旋光样品、45°四分之一波片、0°pem1调制器、45°pem2调制器、90°检偏器、探测器，所述0°起偏器设置在光源的光路方向上，所述待测旋光样品设置在0°起偏器的光路方向上，所述45°四分之一波片设置在待测旋光样品的光路方向上，所述0°pem1调制器设置在45°四分之一波片的光路方向上，所述45°pem2调制器设置在0°pem1调制器的光路方向上，所述90°检偏器设置在45°pem2调制器的光路方向上，所述探测器设置在90°检偏器的光路方向上。
4、还包括光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路和计算机，所述光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路分别与0°pem1调制器、45°pem2调制器、探测器电性连接，所述光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路与计算机电性连接。
5、基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测方法，包括下列步骤：
6、s1、光源的光依次通过0°起偏器、待测旋光样品、45°四分之一波片、0°pem1调制器、45°pem2调制器、90°检偏器和探测器构成测量光路；
7、s2、根据光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路提供的双pem频率信号，数字锁相对探测器获得的调制信号进行锁相放大；
8、s3、最后通过计算机数据处理实时获得0°pem1调制器和45°pem2调制器的相位延迟幅值，进而精确获得待测旋光样品的旋光角度。
9、所述s3中精确获得待测旋光样品的旋光角度的方法为：包括下列步骤：
10、s3.1、计算光源的stokes参量sin经过整个测量光路调制后的stokes参量sout；
11、s3.2、计算探测器探测光强iout；
12、s3.3、结合锁相放大得不同频率信号幅值，计算得到0°pem1调制器和45°pem2调制器的任意时刻调制相位延迟幅值δ10和δ20；
13、s3.4、计算得到待测旋光样品的旋光角度。
14、所述s3.1中光源的stokes参量sin经过整个测量光路调制后的stokes参量sout为：
15、sout＝mamδpemmpem2mpem1mwmxmpsin (1)
16、其中，sin＝[iin,qin,uin,vin]t,sout＝[iout,qout,uout,vout]t；mp、mx、mw、mpem1、mpem2、mδpem和ma分别为0°起偏器、待测旋光样品、45°四分之一波片、0°pem1调制器、45°pem2调制器、0°pem1调制器和45°pem2调制器整体等效残余双折射、90°检偏器对应的米勒矩阵：
17、
18、
19、
20、其中，θ为待测旋光样品旋光角度，样品旋光方向为右旋时θ去正，左旋时取负；δ1＝δ10sinω1t，δ2＝δ20sinω2t，δ1和δ2分别为0°pem1调制器和45°pem2调制器的调制相位，δ10和δ20分别为0°pem1调制器和45°pem2调制器的调制相位延迟幅值，ω1＝2πf1和ω2＝2πf2分别为0°pem1调制器和45°pem2调制器的调制驱动角频率，f1和f2分别为pem1和pem2的调制驱动角频率；φ为0°pem1调制器和45°pem2调制器整体等效残余双折射快轴方向，δ0为0°pem1调制器和45°pem2调制器整体等效残余双折射相位延迟，由于pem的残余双折射非常小，因此有
21、所述s3.2中计算探测器探测光强iout的方法为：
22、由于探测器只能获得stokes参量sout中的iout，因此将(2)及带入(1)式得探测器探测光强iout为：
23、
24、由(3)式可看出，等号右侧前两项与两个光弹调制器等效残余双折射相位延迟δ0和等效残余双折射快轴方向因此将(3)式前两项bessel函数展宽为：
25、
26、其中：m、m1、m2为奇数，n为偶数，jx(y)是对应y下的第x级bessel函数。
27、所述s3.3中计算得到0°pem1调制器和45°pem2调制器的任意时刻调制相位延迟幅值δ10和δ20的方法为：
28、根据(3)和(4)式，为消除0°pem1调制器和45°pem2调制器存在残余双折射对测量的影响，提取采用等号右边前两部分进行求解，精确实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测装置，其特征在于：包括光源(1)、0°起偏器(2)、待测旋光样品(3)、45°四分之一波片(4)、0°PEM1调制器(5)、45°PEM2调制器(6)、90°检偏器(7)、探测器(8)，所述0°起偏器(2)设置在光源(1)的光路方向上，所述待测旋光样品(3)设置在0°起偏器(2)的光路方向上，所述45°四分之一波片(4)设置在待测旋光样品(3)的光路方向上，所述0°PEM1调制器(5)设置在45°四分之一波片(4)的光路方向上，所述45°PEM2调制器(6)设置在0°PEM1调制器(5)的光路方向上，所述90°检偏器(7)设置在45°PEM2调制器(6)的光路方向上，所述探测器(8)设置在90°检偏器(7)的光路方向上。
2.根据权利要求1所述的基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测装置，其特征在于：还包括光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路(9)和计算机(10)，所述光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路(9)分别与0°PEM1调制器(5)、45°PEM2调制器(6)、探测器(8)电性连接，所述光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路(
3.基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测方法，其特征在于：包括下列步骤：
4.根据权利要求3所述的基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测方法，其特征在于：所述S3中精确获得待测旋光样品的旋光角度的方法为：包括下列步骤：
5.根据权利要求4所述的基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测方法，其特征在于：所述S3.1中光源的Stokes参量Sin经过整个测量光路调制后的Stokes参量Sout为：
6.根据权利要求5所述的基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测方法，其特征在于：所述S3.2中计算探测器探测光强Iout的方法为：
7.根据权利要求6所述的基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测方法，其特征在于：所述S3.3中计算得到0°PEM1调制器和45°PEM2调制器的任意时刻调制相位延迟幅值δ10和δ20的方法为：
8.根据权利要求7所述的基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测方法，其特征在于：所述S3.3中计算得到待测旋光样品的旋光角度的方法为：
...【技术特征摘要】
1.基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测装置，其特征在于：包括光源(1)、0°起偏器(2)、待测旋光样品(3)、45°四分之一波片(4)、0°pem1调制器(5)、45°pem2调制器(6)、90°检偏器(7)、探测器(8)，所述0°起偏器(2)设置在光源(1)的光路方向上，所述待测旋光样品(3)设置在0°起偏器(2)的光路方向上，所述45°四分之一波片(4)设置在待测旋光样品(3)的光路方向上，所述0°pem1调制器(5)设置在45°四分之一波片(4)的光路方向上，所述45°pem2调制器(6)设置在0°pem1调制器(5)的光路方向上，所述90°检偏器(7)设置在45°pem2调制器(6)的光路方向上，所述探测器(8)设置在90°检偏器(7)的光路方向上。
2.根据权利要求1所述的基于双光弹自反馈调制的高精度旋光角检测装置，其特征在于：还包括光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路(9)和计算机(10)，所述光弹驱动控制及多路数字锁相放大电路(9)分别与0°pem1调制器(5)、45°pem2调制器(6)、探测器(8)电性连接，所述光弹驱动控制及多路数...
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