液晶相位可變延遲器在極化電子碰撞實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

                  作者：任少辣　董占民　龐文寧
　　摘 要：液晶相位可變延遲器（liquid crystal variable retarders, LCVR）的快慢軸之間的相位差隨兩端所加的電壓連續(xù)可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光偏振度、偏振方向的操控.文中第2,3部分介紹了LVCR在特定波長(zhǎng)不同延遲相位的標(biāo)定方法及標(biāo)定結(jié)果，第4,5部分介紹了利用LVCR測(cè)量Stokes參數(shù)的原理及方法.? 
　　關(guān)鍵詞：液晶相位可變延遲器（LCVR），相位延遲，Stokes參數(shù)，極化?
?? 
　　AbstractThe phase difference between the fast and slow axes of a liquid crystal variable retarders (LCVR) can be changed continuously by modulating an AC voltage applied on the bi-surface of the LCVR. The polarization of an input light beam can thus be controlled by varying the voltage. The calibration method and results of determining the different phase retardances for given wavelengths are described. The theory and method for measuring the integral Stokes parameters by LCVR are also discussed.? 
　　Keywordsliquid crystal variable retarders (LCVR), phase retardance, Stokes parameters,polarize? 
　　 
　　1 引言? 
　　 
　　極化原子散射實(shí)驗(yàn)是20世紀(jì)70年代在傳統(tǒng)電子動(dòng)量譜學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上起來(lái)的一種實(shí)驗(yàn)方法，主要通過(guò)分析靶原子退激發(fā)光的Stokes參數(shù)研究原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)包括極化電子的產(chǎn)生、傳輸及與靶原子的散射，在極化電子束的產(chǎn)生和靶原子退激發(fā)光Stokes參數(shù)的測(cè)量中，需要應(yīng)用LCVR或1/4波片，但是應(yīng)用LCVR可減少波片的更換與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，可以方便實(shí)驗(yàn)操作和簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).? 
　　 
　　2 液晶相位可變延遲器? 
　　 
　　液晶相位可變延遲器(liquid crystal variable retarders, LCVR) 是一種實(shí)時(shí)、連續(xù)可調(diào)的、由雙折射液晶材料制成的波片，其結(jié)構(gòu)與實(shí)物圖見(jiàn)圖1和圖2.波片中的長(zhǎng)條型液晶分子的長(zhǎng)軸在狀態(tài)下互相平行，將這個(gè)方向定義為L(zhǎng)CVR的非常軸（慢軸，S軸），與之垂直的軸定義為尋常軸（快軸，F(xiàn)軸），快軸和慢軸均平行于波片表面.在波片兩面加上交流的電壓，液晶分子便向著電場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣雙折射材料的折射度將改變，從而使通過(guò)LCVR的光線平行于慢軸的電矢量延遲不同的相位，這個(gè)相位的延遲值隨電壓幅值呈平滑關(guān)系，所以在一定范圍內(nèi)可以輸出任意的相位延遲.? 
　　 
　　我們使用的這種波片是將向列型液晶放置在特殊襯底上制成的，向列型液晶是各向異性的分子，它們可以形成單軸雙折射層.LCVR在工作中，其F軸是不被調(diào)制的，只有S軸被調(diào)制.? 
　　 
　　3 標(biāo)定LCVR電壓? 
　　 
　　對(duì)于特定的波長(zhǎng)，LCVR有4個(gè)電壓分別對(duì)應(yīng)λ/4，λ/2，3λ/4和λ的延遲，標(biāo)定LCVR，就是找到這4個(gè)特殊電壓值.? 
　　如圖3所示，使激光水平出射，并垂直于偏振片，偏振片的偏振方向?yàn)樨Q直方向.LCVR放在水平的平臺(tái)，保證F軸，S軸與偏振片偏振方向成45度 .出射光垂直入射到旋轉(zhuǎn)檢偏器.用機(jī)控制LCVR工作電壓，使電壓在20V至0V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使延遲由最小開(kāi)始增大.旋轉(zhuǎn)檢偏器輸出信號(hào)的波形隨著LCVR出射光的偏振態(tài)的改變而改變.輸出波形的峰－峰值第一次出現(xiàn)極小值時(shí)對(duì)應(yīng)LCVR延遲為λ/4（左旋圓偏振），第一次出現(xiàn)極大值時(shí)對(duì)應(yīng)LCVR延遲為λ/2（水平線偏振），第二次出現(xiàn)極小值時(shí)對(duì)應(yīng)LCVR延遲為3λ/4（右旋圓偏振），第二次出現(xiàn)極大值時(shí)對(duì)應(yīng)LCVR延遲為1λ（豎直線偏振），依次類推.? 
　　LCVR對(duì)溫度的依賴比較明顯，延遲隨著溫度上升而下降（大約為-0.4%/℃），因此標(biāo)定應(yīng)在同一溫度下進(jìn)行，本文的標(biāo)定溫度為25℃.? 
　　表1和表2是分別對(duì)780nm激光和從單色儀出射的495.7nm的譜線的標(biāo)定結(jié)果.?? 
　　 
　　?4 使用LCVR產(chǎn)生可控自旋方向的極化電子束?? 
　　 
　　極化電子束可以用正負(fù)圓偏振光激發(fā)GaAs晶片來(lái)產(chǎn)生［1］，圖5是極化電子產(chǎn)生示意圖，用正圓偏振光可以激發(fā)自旋向上的電子，用負(fù)圓偏振光可以激發(fā)自旋向下的電子.? 
　　用1/4波片產(chǎn)生的正負(fù)圓偏振光時(shí)，需要通過(guò)1/4波片的機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)交換快慢軸的取向來(lái)實(shí)現(xiàn)，其精度依賴于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，利用LCVR則只需調(diào)節(jié)電壓使其延遲λ/4或3λ/4來(lái)控制圓偏振光的螺旋性，從而控制電子束的自旋方向，并且LCVR響應(yīng)時(shí)間在毫秒量級(jí)，這使得瞬時(shí)反轉(zhuǎn)自旋方向成為可能.? 
　　 
　　圖5 入射光圓偏振態(tài)與激發(fā)電子束的自旋方向 
　　(偏振片p的箭頭方向?yàn)槠�振片的偏振方向，F(xiàn)和S的箭頭方向分別表示LVCR的快軸及慢軸的方向) 
　　 

　　?5 用LCVR代替1/4波片來(lái)測(cè)量Stokes參量?? 
　　 
　　Stokes參數(shù)可以完備地描述偏振光的特性［9］，相對(duì)Stokes參數(shù)P1=(I(0)-I(90))/ (I(0)+I(90))，P2=(I(45)-I(135))/ (I(45)+I(135))，P3=(I(σ-)-I(σ+))/ (I(σ-)+I(σ+))，其中I為光強(qiáng)度，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示偏振方向與入射方向的夾角度，σ+，σ-分別表示正負(fù)圓偏振光.在這類實(shí)驗(yàn)中，P1與電子的初始極化度無(wú)關(guān)，P2與電子的自旋軌道相互作用有關(guān)，P3除了與電子的自旋軌道相互作用有關(guān)外，還與散射過(guò)程中的電子交換作用有關(guān).? 

【液晶相位可變延遲器在極化電子碰撞實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用】相關(guān)文章：

液晶顯示器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用03-18

電子商務(wù)：在模式的碰撞中成長(zhǎng)03-06

液晶顯示在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用03-21

鐵電存儲(chǔ)器在新型語(yǔ)音電子門鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用03-19

鐵電存儲(chǔ)器在儀表中的應(yīng)用03-18

Oracle觸發(fā)器在MIS 開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用03-18

失效檢測(cè)器在制造網(wǎng)格中的應(yīng)用03-07

憶阻器在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用12-09

電子商務(wù)在航運(yùn)企業(yè)中的應(yīng)用03-21