一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪制造技术

一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪，由半导体激光器发射部分偏振光，通过偏振片产生Y方向偏振的线偏振光，经过分束器被分离为两束Y方向线偏振光，透射束保持传播方向不变，反射束经过全反射镜调整方向，与透射束平行。两束光各自通过快轴与Y轴方向成‑45°和45°的1/4波片，产生右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，经过溶液池后，各自产生不同的附加位相。本实用新型专利技术依靠波片的组合，人工引导相位变化，使得光束在旋光溶液中折返时，旋光角能够累加。同时将线偏振光分解为左旋与右旋圆偏振光，将旋光角的信息在压缩到相位信息中去，避开了多次反射对光线的起偏效应，能够显著放大旋光角，实现更高精度的旋光度/浓度测量以及动态监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪
本技术属于光电领域，具体涉及一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪。
技术介绍
在各类物理实验和化工分析中，常会出现对旋光物质溶液的浓度和比旋光度的测量。目前人们使用的仪器通常为旋光管，依靠人工，磁致旋光效应或者机械搜索方式进行旋光角度的测量。近年来，国内有提出使用对称的偏振片将旋光角度转化为光强的仪器设计。但当溶液浓度较低，旋光角较小时，以上所有方法的精确度都会受到影响。其根源在于：与磁致旋光不同，光在自然旋光物质中来回渡越时，旋光角不会叠加，而是会相互抵消，如图1所示。但旋光管又不能做的太长，因此产生了限制。同时，即使通过一些手段，使光束在两组镜面中反射时偏转角能够叠加，但由于不能采用平行平面腔的结构(输出光束的成分会比较复杂)，若要往返增强，则每一次入射都不能是正入射，这会导致光波的p分量和s分量对应不同的反射率，使得偏转角度不仅受到旋光溶液的影响，还受到多次反射的起偏效果的影响，直接干扰最终读数的准确性。而假如我们能找到一些方法，使得光束在若干组镜面间反射时光振动矢量的偏转角(旋光角)能够叠加而不是互相抵消，就可以反复的利用旋光管的长度，提高测量准确性。但还有一个问题存在，即：光在镜面处反射时会受到起偏效应的影响，而光矢量的偏转角不能受到除了旋光溶液以外其他任何因素影响，因此必须使用平行平面腔的结构，使得每一次反射都是正入射，消除起偏效应。但这样又会使得光永远无法出射，因此反射面之间必须有一角度，但这样又回到了刚才“光矢量的偏转角不能受到除了旋光溶液以外其他任何因素影响”这个问题，陷入了循环。总结来说，要在两个方面突破：1、如何使反射后的旋光角能够累加起来而不互相抵消；2、如何在使用反射镜的同时避开起偏效应。这也是本专利解决的两大关键问题。
技术实现思路
本技术针对现有技术中的不足，提供一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪，其特征在于，包括：半导体激光器、偏振片一、分束器、全反射镜一、全反射镜二、全反射镜三、1/4波片一、1/4波片二、溶液池和偏振片二；所述半导体激光器发射一束部分偏振光，所述部分偏振光沿水平传播，其传播路径方向为Z方向，部分偏振光通过偏振片一，产生一束Y方向偏振的线偏振光，Y方向为水平面上与Z方向相垂直的方向；所述线偏振光经过分束器被分离为两束Y方向线偏振光，其中，透射光束保持传播方向不变，反射光束经过全反射镜一调整方向，与透射光束平行，透射光束经过全反射镜二、全反射镜三调整，使其光程与反射光束一致；所述透射光束通过快轴与Y方向成-45°的1/4波片一后，产生右旋圆偏振光，所述反射光束通过快轴与Y方向成45°的1/4波片二后，产生左旋圆偏振光；所述右旋圆偏振光和左旋圆偏振光经过溶液区后，汇合在Y方向的偏振片二上。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述溶液池包括依次排布的双玻璃管连体结构和磁致旋光部件。所述双玻璃管连体结构内部填充有溶液，包括平行排布且中部相连通的玻璃管一和玻璃管二；所述玻璃管一的入射端和出射端相对地设置有全反射镜四和全反射镜六，所述全反射镜四的反射面密接有快轴方向均与Y轴方向成-45°的1/4波片七和1/4波片八，所述全反射镜六的反射面密接有快轴方向均与Y轴方向成45°的1/4波片九和1/4波片十，右旋圆偏振光从玻璃管一的入射端入射，依次经过1/4波片十、全反射镜六、1/4波片九、1/4波片八、全反射镜四、1/4波片七后，从玻璃管一的出射端出射；所述玻璃管二的入射端和出射端相对地设置有全反射镜五和全反射镜七，所述全反射镜五的反射面密接有快轴方向均与Y轴方向成45°的1/4波片五和1/4波片六，所述全反射镜七的反射面密接有快轴方向均与Y轴方向成-45°的1/4波片三和1/4波片四，左旋圆偏振光从玻璃管二的入射端入射，依次经过1/4波片三、全反射镜七、1/4波片四、1/4波片五、全反射镜五、1/4波片六后，从玻璃管二的出射端出射。所述玻璃管一、玻璃管二、全反射镜四、全反射镜五、全反射镜六、全反射镜七、1/4波片三、1/4波片四、1/4波片五、1/4波片六、1/4波片七、1/4波片八、1/4波片九、1/4波片十的出射端面均与光线路径垂直。所述磁致旋光部件包括磁旋光玻璃一和磁旋光玻璃二，所述磁旋光玻璃一缠绕线圈，所述磁旋光玻璃二不缠绕线圈，线圈电流由可控电流源控制，所述电流源与计算机连接通信；右旋圆偏振光从玻璃管一中出射后经过磁旋光玻璃二形成出射光束一，左旋圆偏振光从玻璃管二中出射后经过磁旋光玻璃一形成出射光束二，所述出射光束一和出射光束二经过一段距离后自然汇合在偏振片二。所述偏振片二安装在暗盒中，偏振片二通过机械结构放下和升起，偏振片二的后面紧贴有硅光电池探测器，所述硅光电池探测器产生的光强数据被传入计算机进行处理。本技术的有益效果是：本装置依靠波片的组合，人工引导相位变化，使得光束在旋光溶液中折返时，旋光角能够累加。同时将线偏振光分解为左旋与右旋圆偏振光，将旋光角的信息在压缩到相位信息中去，避开了多次反射对光线的起偏效应。能够显著放大旋光角，实现更高精度的旋光度/浓度测量以及动态监测。附图说明图1是光束在旋光溶液中反射一次，入射和反射过程中产生的两个旋光角互相抵消的情况示意图。图2是光学系统与探测系统的设计示意图。图3a是溶液池双玻璃管连体结构的示意图。图3b是溶液池磁致旋光部件的示意图。图4是菲涅尔对旋光现象的解释示意图。图5是相关坐标系的关系示意图。图6是相关坐标系的关系示意图。图7是在反射端进行人工引导，使得旋光角累加的原理示意图。图8是非垂直入射对偏振方向的影响示意图。图9是过程解释示意图。附图标记如下：半导体激光器1、偏振片一2、分束器3、全反射镜一4、全反射镜二5、全反射镜三6、1/4波片一7、1/4波片二8、偏振片二9、机械结构10、暗盒11、硅光电池探测器12、计算机13、全反射镜四14、全反射镜五15、全反射镜六16、全反射镜七17、1/4波片三18、1/4波片四19、1/4波片五20、1/4波片六21、1/4波片七22、1/4波片八23、1/4波片九24、1/4波片十25、磁旋光玻璃一26、磁旋光玻璃二27、电流源28、玻璃管一29、玻璃管二30；部分偏振光L1、线偏振光L2、透射光束L3A、反射光束L3B、右旋圆偏振光L4A、左旋圆偏振光L4B、出射光束一L5A、出射光束二L5B。具体实施方式现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。本技术主要包括以下部分：一、光学系统与探测系统部分如图2所示，由半导体激光器1发射一束部分偏振光L1，通过偏振片2，产生一束Y方向偏振的线偏振光L2，这一束光经过分束器3被分离为两束能量近似相同的Y方向线偏振光，透射光束L3A保持传播方向不变，反射光束L3B经过全反射镜一4调整方向，与透射光束L3A平行，为了保持两束光同相位，使用全反射镜二5、全反射镜三6调整透射光束L3A的光程，使其与反射光束L3B一致。两束Y方向的线偏振光L3A、L3B各自通过快轴与Y轴方向成-45°和45°的1/4波片一7、1/4波片二8，产生右旋圆偏振光L4A和左旋圆偏振光L4B。两束光经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪，其特征在于，包括：半导体激光器（1）、偏振片一（2）、分束器（3）、全反射镜一（4）、全反射镜二（5）、全反射镜三（6）、1/4波片一（7）、1/4波片二（8）、溶液池和偏振片二（9）；所述半导体激光器（1）发射一束部分偏振光（L1），所述部分偏振光（L1）沿水平传播，其传播路径方向为Z方向，部分偏振光（L1）通过偏振片一（2），产生一束Y方向偏振的线偏振光（L2），Y方向为水平面上与Z方向相垂直的方向；所述线偏振光（L2）经过分束器（3）被分离为两束Y方向线偏振光，其中，透射光束（L3A）保持传播方向不变，反射光束（L3B）经过全反射镜一（4）调整方向，与透射光束（L3A）平行，透射光束（L3A）经过全反射镜二（5）、全反射镜三（6）调整，使其光程与反射光束（L3B）一致；所述透射光束（L3A）通过快轴与Y方向成‑45°的1/4波片一（7）后，产生右旋圆偏振光（L4A），所述反射光束（L3B）通过快轴与Y方向成45°的1/4波片二（8）后，产生左旋圆偏振光（L4B）；所述右旋圆偏振光（L4A）和左旋圆偏振光（L4B）经过溶液区后，汇合在Y方向的偏振片二（9）上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪，其特征在于，包括：半导体激光器（1）、偏振片一（2）、分束器（3）、全反射镜一（4）、全反射镜二（5）、全反射镜三（6）、1/4波片一（7）、1/4波片二（8）、溶液池和偏振片二（9）；所述半导体激光器（1）发射一束部分偏振光（L1），所述部分偏振光（L1）沿水平传播，其传播路径方向为Z方向，部分偏振光（L1）通过偏振片一（2），产生一束Y方向偏振的线偏振光（L2），Y方向为水平面上与Z方向相垂直的方向；所述线偏振光（L2）经过分束器（3）被分离为两束Y方向线偏振光，其中，透射光束（L3A）保持传播方向不变，反射光束（L3B）经过全反射镜一（4）调整方向，与透射光束（L3A）平行，透射光束（L3A）经过全反射镜二（5）、全反射镜三（6）调整，使其光程与反射光束（L3B）一致；所述透射光束（L3A）通过快轴与Y方向成-45°的1/4波片一（7）后，产生右旋圆偏振光（L4A），所述反射光束（L3B）通过快轴与Y方向成45°的1/4波片二（8）后，产生左旋圆偏振光（L4B）；所述右旋圆偏振光（L4A）和左旋圆偏振光（L4B）经过溶液区后，汇合在Y方向的偏振片二（9）上。2.如权利要求1所述的一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪，其特征在于：所述溶液池包括依次排布的双玻璃管连体结构和磁致旋光部件。3.如权利要求2所述的一种基于圆偏振光的反射增强型旋光仪，其特征在于：所述双玻璃管连体结构内部填充有溶液，包括平行排布且中部相连通的玻璃管一（29）和玻璃管二（30）；所述玻璃管一（29）的入射端和出射端相对地设置有全反射镜四（14）和全反射镜六（16），所述全反射镜四（14）的反射面密接有快轴方向均与Y轴方向成-45°的1/4波片七（22）和1/4波片八（23），所述全反射镜六（16）的反射面密接有快轴方向均与Y轴方向成45°的1/4波片九（24）和1/4波片十（25），右旋圆偏振光（L4A）从玻璃管一（29）的入射端入射，依次经过1/4波片十（25）、全反射镜六（16）、1/4波片九（24）、1/4波片八（23）、全反射镜四（14）、1/4波片七（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：段逸群，刘国栋，杨洋，陈虎，张雅男，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32