Iris 1
Laser
Iris 2 Sample Lens
PC
Temperature Control Voltage Control Incidence Angle
P-wave S-wave
Intensity Control Polarizaton Control
Lock-In Amplifier
圖 5-2.1 規劃在未來使用的量測系統。
在原系統之下，若凸透鏡將雷射光在空氣中聚焦，會產生電漿，並隨 之發出白光並通過濾波器造成嚴重訊號干擾。而若是雷射光直接聚焦在光 學元件(如濾波器)或樣品上，皆會對其造成嚴重損害。故目前做法是以凸 透鏡，使光點縮小，而光束是在濾波器後才聚焦在光電倍增管中，此時聚 焦的是倍頻光束。這種設置一方面使得光束具有微小的收斂角，此狀況是 否影響二次諧波產生效果不得而知。另一方面也不清楚光電倍增管對在其 中聚焦的倍頻光偵測條件是否如同平行光束。
而原系統不加透鏡的模式下，則需仰賴光圈來控制入射光點大小。一 來在光點不能太大的前提下，會浪費許多雷射功率，使得入射光強度受限。
二來越小的光圈孔徑，造成的繞射現象就越強。在一定程度上會讓入射光 束的條件變得較為複雜而難以控制。
在改進的系統中，原系統中的單一凸透鏡，改以一組包含凸透鏡和凹 透鏡的透鏡組。此透鏡組的目的在於讓雷射光縮束，透過匹配的焦點和相 對距離，可以使得縮束後的雷射光趨近於平行光束。此種設置的好處在於 在光路中不會有任合焦點，導致光路上物件的受損或對數據產生未知的影 響。另外在降低光點大小的同時也讓雷射功率能得到充分的利用，因而有 效提升入射光強度的上限。並且在此設定上，光圈只用來修飾原始雷射光 點型狀，而非用來限制光點面積。故可保持較大的孔徑，從而避免產生明 顯的繞射現象。
在訊號的擷取方面，原系統使用萬用電表來讀取來自光電倍增管的訊 號。但由於光電倍增管所接收的倍頻光，在時域上的分布是同入射雷射的 脈衝分佈。由於入射雷射的脈衝重複率為1000Hz，而背景雜訊則是均勻分 佈在整個時域上的。就原系統的設置，萬用電表所取得的訊號值，為倍頻 訊號參雜背景雜訊在時域上的平均值。由於倍頻訊號在時域上的分布相對 雜訊要來得小，所以從理論看來，此設置下的訊噪比還有相當大的進步空 間。
在改進的系統中，改由鎖相放大器代替萬用電表來接收來自光電倍增 管的訊號，其中鎖相放大器的參考訊號則是取自雷射的脈衝訊號。鎖相放 大器可自動分析雷射脈衝的頻率來鎖定光電倍增管在時域上的主要訊號 (倍頻訊號)。如此一來，除了跟雷射脈衝同步的主訊號一同出現的雜訊，
其餘時域上的雜訊則一概不計入。相信如此所得的訊號值，將會具有較原 系統更佳的訊噪比。
從 量 測 系 統 強 化 訊 號 的 生 成 和 擷 取 條 件 後 ， 預 計 可 以 再 對 ZLI-4654-000鐵電性液晶進行二次諧波產生的實驗。並希望如果存在原本 因量測條件而無法量得的二階非線性光學性質，能夠因此被觀察到。而過 去的經驗，使未來在香蕉型鐵電性液晶樣品的製作上，可以透過厚度的選 擇再加強訊號的強度，搭配比原實驗更好的外加電場條件，相信還能進一 步提升實驗數據的精準度。