铝反射膜偏振特性的测量方法与实现

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	铝反射膜偏振特性的测量方法与实现
其他题名	Measurement Method and Implementation of Polarization Properties of Aluminum Coatings
	夏苏
学位类型	工程硕士
导师	袁沭 ; 曾远辉
	2021-07-01
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位专业	光学工程
关键词	偏振测量仪器偏振金属膜偏振特性 Mueller矩阵反演光学参数
摘要	偏振测量是天理物理研究和太阳物理研究的强大观测手段，利用它我们可以直接获得很多天文目标的重要物理和几何信息，而这些信息是其它观测手段无法获得的。望远镜的仪器偏振效应，即望远镜光学系统对入射偏振信号的改变，是当前高精度天文偏振测量主要面临的技术问题。对于大口径反射望远镜，仪器偏振主要是由金属镜面的反射偏振效应引起。因此，为了能够准确把握金属薄膜的偏振特性，进而对望远镜进行准确的偏振光学设计或建模，并最终消除仪器偏振对偏振测量精度的影响，我们需要在实验室对金属镀膜材料的偏振特性进行精确而全面测量研究。本文介绍了金属膜的光学特性，对光线在金属表面的反射与带介质层的金属膜的结构下的反射模型进行了介绍，并给出了相应求解复反射系数的方法。利用反射系数比把金属膜的光学特性与偏振特性联系在一起。本文对Mueller矩阵椭偏仪与相位调制椭偏仪的结构与测量原理进行了介绍。首先使用系统矩阵有效秩判断测量数据组数是否足够。然后基于条件数与调制效率等度量出发，给出了适合金属膜偏振特性研究的优化配置方法，这种方法可以把所有测量精度都导向关键的元素。最后提出了一种基于多角度多波长偏振测量方法。这种方法可以用过两个光电调制方式对保护铝膜与标准铝膜的Mueller矩阵关键元素进行直接测量，然后在不依赖色散模型以及参数假设的情况下反演光学参数的方法与结果。该方法反演得到的光学参数与传统方法的结果一致。相比于传统方法，该方法获取了更多的偏振特性信息，且自由度更高，能够对偏振特性进行更好的表征。我们发现标准铝膜样品的偏振特性在大角度下是各向异性的，当使用均匀且各向同性的光学模型表征铝涂层的偏振特性时，该模型的适用入射角范围受到限制。但使用测得的光学常数对低入射角度的偏振特性进行预测，预测精度可以达到5e-4以下。
其他摘要	Polarimetry is a powerful observational tool for astrophysics research. It can derive crucial physical and geometric information of astronomical objects, which is unobtainable otherwise. The effect of instrumental polarization of telescopes, which modifies the incident polarization signal before it is analyzed, is the primary technical problem for high-accuracy astronomical polarimetry. The instrument polarization is mainly caused by the oblique reflection of light on the metal coating mirror. To perform high-accurate polarimetry with metal coating mirrors, it is essential to investigate the polarization properties of metal coatings comprehensively based on precise laboratory polarimetry. This paper introduces the optical properties of the metal film, introduces the reflection model of light on the metal surface and the structure of the metal film with a dielectric layer, and gives a corresponding method for solving the complex reflection coefficient. The reflection coefficient ratio is used to link the optical properties of the metal film with the polarization properties. This paper introduces the structure and measurement principle of the Mueller matrix ellipsometer and phase modulation ellipsometer. First, use the effective rank of the system matrix to judge whether the number of measurement data sets is sufficient. Then based on metrics such as condition number and modulation efficiency, an optimized configuration method suitable for the study of polarization characteristics of metal films is given. This method can direct all measurement accuracy to key elements. This paper proposes a polarization properties measurement method for the protected aluminum coating. This method can directly measure the key elements of the Mueller matrix of the protected aluminum coating and standard aluminum coating by two photoelectric modulations at a multiple-angle-of-incidence spectrum. The retrieval results of the method in this paper are consistent with those obtained by traditional methods, and the method in this paper can fully characterize the polarization properties. We find that the polarization properties of the aluminum coating are anisotropic at high angles. When a uniform and isotropic optical model is used to characterize the polarization properties of the aluminum coating, the applicable angle-of-incidence range of the model is limited. And we use the retrieved parameters to predict the polarization properties of the aluminum coating at the angle of incidence below 50°, where the accuracy of the prediction results will be higher than 5e-4.
学科领域	机械工程 ; 仪器仪表技术 ; 光学技术与仪器
学科门类	工学 ; 工学::光学工程 ; 工学::仪器科学与技术
页数	61
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25509
专题	天文技术实验室
作者单位	中国科学院云南天文台
第一作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	夏苏. 铝反射膜偏振特性的测量方法与实现[D]. 北京. 中国科学院大学,2021.

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铝反射膜偏振特性的测量方法与实现.pdf（6021KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文