教育部顾问室 影像显示科技人才培育计画 95 专题实作竞赛
1.赛题目 2.赛组别 3.指导教授 4.赛成员 5.赛单位
用光学干涉仪测液晶的相位延迟 工程技术奖 许芳文 书岩 国嘉义大学/应用物学系
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2006 影像显示专题实作竞赛
摘要
我们使用 Mach-Zehnder 干涉仪的架构研究水平配向的液晶所造成的相位延迟. 首先用第一个分光镜将 45°线偏振射光分成干涉仪的臂,再分别经过待测液晶及 架在 PZT 上的反射镜,并由 PZT 反射镜做光程及相位调变.臂的光经由第二个分光 镜进重合,干涉之后,我们再用极化分光镜将其中一道干涉光分成水平偏振及垂直偏 振个分,再用自制的快速光侦测器分别收集干涉讯号至位示波器,以测其相位 延迟大小.我们除用光学干涉仪测液晶的相位延迟之外,还用另一个方法 测并计算出液晶的相位延迟,以将此种测值进比对.由於输入线偏振光和液晶 主轴夹 45°,且液晶为双折射分子,所以在液晶的输出端将形成椭圆偏振光,我们在 液晶输出端放置一个偏振片,并转动偏振片,分别得最大和最小穿透光强,即可 用求出个在液晶主轴方向偏振的光分的相位差.最后我们将此值与干涉仪所 出的相位差进比较,结果相当一致.
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2006 影像显示专题实作竞赛
作品简介
一, 题目
用光学干涉仪测液晶的相位延迟
二, 作品摘要
1. 前言 液晶具有双折射特性,此实验是用 Mach-Zehnder 干涉仪的架构测水平配向 的液晶(材为:ZLI)所造成的相位延迟大小.而用干涉仪研究具有双折射特性物 质的感自於考文献[1],它是在 1998 由 V. Sikka 等人所做的一个以光的干涉为 基础,进而测出一段 70 公分极化保持单模光纤的拍频长的实验. 此外,我们也在另一实验中用偏振片测出最大和最小穿透光强 I a 和 I b ,用 相位延迟对光强的公式求出相位延迟大小,并藉此检验我们使用 Mach-Zehnder 干涉仪架构所测得的相位延迟大小是否正确. 2. 实验原 此作品分为部份,第一部份是用 Mach-Zehnder 干涉仪架构测液晶造成的 相位延迟.干涉仪的臂分别放置待测液晶和架在 PZT(piezoelectric transducer)上的 反射镜,在 PZT 上外加一个随时间呈线性变化的电压(如三角波) .用此装有 PZT 的反射镜,使自由空间光径的光程与相位随著时间呈线性变化,也就是用 PZT 反射镜做 相位调变之意.待光进干涉之后,我们用极化分光镜分出道互相垂直偏振的光,并 於干涉仪输出端到个交的输出讯号,再将这个交讯号输入至讯号分析仪(示 波器) ,测出它们的相位延迟大小(phase delay) .而因为驱动 PZT 的电压是三角波, 所以随时间变化的光程是以 z 0 + a × t 的形式做改变,a 是光程的改变速.详细的系统 架构图与系统实体图请图一及图二. 详细的推导如下:首先光源经由第一个分光镜分成个光径.经过液晶光径的 电场可写成:
E LC = A x exp[jβ x L + jβ 0 (z 0 - L)] x + A y exp[jβ y L + jβ 0 (z 0 - L)] y
其中βx,βy是液晶主轴极化正交模态的传播常, x , y 为沿著个双折射主轴 (x轴, y轴) 的单位向, β 0 为自由空间的传播常, z 0 为光径总距, L为待测液晶的厚.
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而另一经过 PZT 反射镜,自由空间光径的电场为:
E PZT = A ' x exp[jβ 0 (z 0 + a × t)] x + A ' y exp[jβ 0 (z 0 + a × t)] y
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最后道光束经由干涉仪第二个分光镜重合,干涉之后,其中一道干涉光再经过极化分 光镜分成水平偏振及垂直偏振个分,其光强分别是:
I x (t ) = A x exp[jβ x L + jβ 0 (z 0 - L)] + A ' x exp[jβ 0 (z 0 + a × t)] = Ax = Ax
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+ A'x + A'x
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+ 2A x A ' x × cos[ β x L + β 0 (z 0 - L) - β 0 (z 0 + a × t)] + 2A x A ' x × cos[( β x - β 0 )L - β 0 × a × t]

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