臺灣博碩士論文加值系統

在本論文中，提出了一種高靈敏度全內反射（TIR）移相干涉術來測量材料的二維（2D）折射率分佈。在穿過Soleil-Babinet補償板和空間濾波器之後的線性偏振擴束光進入高靈敏全反射裝置。高靈敏全反射裝置包括相位位準調整器（包括一塊二分之一波片和一塊快軸特定角度之四分之一波片）、等腰直角棱鏡，其底部直接與待測材料接觸，以及一塊檢偏板。經全反射裝置後的干涉光由CCD Camera擷取，透過Soleil-Babinet補償器調製相位的四步移相法，得到二維相位差分佈，可推導出材料的二維折射率分佈。由於二維相位差(折射率)分佈與四分之一波片、檢偏板快軸的方位角相關，因此通過調整波片、檢偏板快軸的角度達成高靈敏度量測。實驗結果，可以達到靈敏度約8.96×10^3°/RIU和解析度約4.46×10^-6 RIU。除了高靈敏度、可調整靈敏度及高解析度之外，該系統還具有共光程架構的高穩定度優點。

In this thesis, a high-sensitivity total-internal-reflection (TIR) phase-shifting interferometry is proposed for measuring the two-dimensional (2D) refractive index distribution of a material. A linearly-polarized expanding beam after traveling through a Soleil-Babinet compensator and a spatial filter enters into a high-sensitivity TIR apparatus. The TIR apparatus consists of a phase shifter (formed by combining a half-wave plate and a quarter-wave plate that display specific optic-axis azimuths), an isosceles right-angle prism whose base is directly contacted with a tested material, and an analyzer. The interference signal of the TIR beam output from the apparatus is captured by a CCD camera. Based on the four-step phase-shifting method by modulating the Soleil-Babinet compensator, the 2D phase difference used to determine the refractive index distribution of the material is obtained. Since the 2D phase difference displayed by therefractive indexof the material is linked to the azimuth angle of the quarter-wave plate axis and analyzer transmission axis, the high sensitivity measurement are achievable by adjusting the transmission axis. The experiment demonstrated that the sensitivity and the resolution of 8.96×103 /RIU and 4.46×10-6 RIU can be achieved. In addition to high, tunable sensitivity and excellent resolution, the designedmethod also offers the merit of high stability due to its common-path configuration.

摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅷ

第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻回顧 1
1-2-1 單點量測 1
1-2-2 二維量測 2
1-3 研究目的 5
1-4 簡介 6

第二章 外差與移相干涉術原理 7
2-1 前言 7
2-2 外差干涉術 7
2-2-1 外差干涉術原理 7
2-2-2 外差光源 8
2-2-3 電光晶體調制外差光源 9
2-3 移相干涉術原理 12
2-3-1 相位還原 14
2-3-2 三步移相干涉術原理 14
2-3-3 四步移相干涉術原理 15
2-3-4 五步移相干涉術原理 15
2-3-5 Carré移相干涉術原理 16
2-3-6 相位調制系統 17
2-4 小結 18

第三章 測量二維折射率分佈之實驗架構 19
3-1 前言 19
3-2 全反射原理 19
3-3 高靈敏全反射裝置 22
3-4 高靈敏全反射外差干涉術 28
3-5 高靈敏全反射移相干涉術 30
3-6 誤差分析 32
3-6-1 偏振旋轉誤差 32
3-6-2 偏振混合誤差 35
3-6-3 四步移相干涉術之誤差 37
3-7 小結 37

第四章 實驗結果與討論 38
4-1 前言 38
4-2 儀器設備與型號與參數設定 38
4-3 外差干涉術量測實驗結果 39
4-4 二維折射率量測實驗結果 40
4-5 小結 47

第五章 結論 48
5-1 結論 48

參考文獻 49

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