臺灣博碩士論文加值系統

本研究提出外差干涉術結合高靈敏全反射裝置來量測微小位移。當一外差光束經面鏡反射後，光線以接近且大於全反射臨界角的角度，入射至由波片、等腰直角菱鏡及檢偏板所組成之高靈敏全反射裝置；若波片的快軸及檢偏板穿透軸設定在適當的條件下，全反射裝置出射光的p-與s-偏振相位差可被明顯提升。當一微小位移產生時，由於面鏡跟著產生微小轉動，使得入射至全反射裝置的入射角度也發生微小的改變，因而使p- 偏振及s-偏振之間的相位差產生變化。將此相位差代入推導之關係式，可推得微小位移。由實驗結果顯示，本系統靈敏度可達4.1°/μm，解析度可達20nm。由於本系統為外差相位量測技術且具有共光程結構，因此具有快速量測、高精確度與抗環境擾動與避免光強度影響之優點。

This thesis designs a small displacement sensor based on highly sensitive total internal reflection (TIR) interferometry. A heterodyne light beam reflected by a plane mirror penetrates into a high-sensitivity TIR apparatus (composed of a half- and two quarter- wave plates and an analyzer) at an angle larger than a critical angle. When the azimuth angles of these wave plates and the analyzer are properly selected, the final phase difference between p- and s- polarizations emerging from the apparatus can be greatly enhanced A small displacement of the mirror causes the light beam incident on the TIR apparatus to be deflected, thereby inducing a phase difference variation of the light beam emerging from the TIR apparatus. The experiment results demonstrates that the sensitivity and the resolution of 4.1°/mm and 20 nm can be achieved.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
第一章 諸論 1
章節簡介 5
第二章偏極光與全反射外差干涉術原理 6
2-1前言 6
2-2偏極光之表示 6
2-2-1線偏振光 7
2-2-2圓偏振光 8
2-2-3橢圓偏振光 9
2-3偏振片 10
2-4相位延遲片 11
2-4-1二分之一波片(Half Wave Plate, HWP) 11
2-4-2四分之一波片 11
2-5小結 12
第三章外差干涉術原理 13
3-1前言 13
3-2外差干涉術 13
3-2-1外差干涉術原理 13
3-2-2外差光源 14
3-2-3電光晶體調制外差光源 15
3-3外差干涉術之週期非線性誤差 17
3-3-1偏振旋轉誤差[17] 17
3-3-2偏振混合物差[17] 19
3-4小結 21
第四章以高靈敏全反射外差干涉儀測量微小位移之原理與架構 22
4-1前言 22
4-2全反射原理 22
4-3 高靈敏全反射裝置原理 24
4-4高靈敏全反射外差干涉術測量微小位移 29
4-5小結 31
第五章實驗結果與討論 32
5-1前言 32
5-2實驗模擬 32
5-3 實驗參數設定 33
5-4實驗結果 34
5-5結果討論 42
5-6 小結 47
第六章結論 48
參考文獻 49

[1] 鍾於哲,“新型波長調制外差光源應用於位移量測,”中央大學光機電工程研究所碩士論文 (2013).
[2] Shinn-FwuWang,“Small-displacement sensing system based on multiple total internal reflection in heterodyne interferometry ,”APPLED OPTICS Vol.48, No.13(2009).
[3] Ming-Hung Chiu, “Small displacement measurement based on an angular-deviation amplifier and interferometric phase detection,”APPLED OPTICS Vol.54, No.10 (2015).
[4] Jiun-You Lin, “Small-angle measurement with highly sensitive total-internal-reflection heterodyne interferometer,” APPLED OPTICS Vol.53, No.9(2014).
[5] 廖堅亨,“全反射式光學濕度感測器之研究,”彰化師範大學機電研究所碩士論文 (2014).
[6] 蔡承育, “利用多光束干涉原理量測微小位移,” 彰化師範大學機電研究所碩士論文(2011).
[7] 謝易霖, “靈敏度可調式全反射外差干涉儀之研究,”彰化師範大學機電研究所碩士論文(2009).
[8] 林邵甫,“靈敏度可調之液體濃度變化感測器之設計與分析,” 國立彰化師範大學機電工程學系研究所碩士論文 (2011).
[9] 林俊佑,“新穎光學外差偏極計,” 國立交通大學光電工程研究所博士論文 (2004).
[10] Jiun-You Lin, “Measurement of small displacement based onsurfaceplasmon resonance heterodyne interferometry,” Opt. 10.1016 (2011).
[11] 陳坤煌,“表面電漿共振外差干涉儀的原理與其應用之研究,” 國立交通大學光電工程研究所碩士論文(2004).
[12] 黃旆齊, “多波長外差式干涉儀位移量測技術,”國立清華大學電機資訊學院光電工程研究所碩士論文(2012).
[13] 蘇園登,“表面電漿共振相位影像系統,” 國立中央大學機械工程研究所碩士論文 (2004).
[14] 朱延章,“二維溫度分佈感測技術之研發,” 逢甲大學電機工程學系研究所碩士論文 (2011).
[15] D. Malacara ed., “Optical Shop Testing,” Wiley (1992).
[16] 游智仁,“共光程外差干涉式橢圓儀,” 國立中央大學光電科學與工程學系研究所博士論文 (2009).
[17] 李朱育,“外差干涉術在量測s-與p-偏光間相位差變化的應用,” 國立交通大學光電工程所博士論文(1999).