改型Wollaston棱镜的光程差及其特性分析

简述了改型Wollaston棱镜的偏光结构和分光机理;应用波法线追迹法分析了光在棱镜中的传播规律与波矢轨迹;推导出了任意入射面内、以任意角入射时光在棱镜中的传播方向及出射点坐标;给出了改型Wollaston棱镜中o光和e光光程差的理论表达公式;采用计算机模拟,给出了光程差随入射角、入射面与棱镜主截面的夹角、棱镜结构角及波长的变化曲线,并对其变化特性进行了深入的分析. 该研究对偏光棱镜的理论研究具有普遍的指导意义,为偏振分光器件及干涉成像光谱仪的研制和应用提供了重要的理论依据和实践指导. 关键词： 改型Wollaston棱镜 波法线追迹法 光程差     

基于微梯形弹光晶体的大光程差PEM研究

针对目前基于弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)的傅里叶变换光谱测量技术(PEM-FTS)的光谱分辨率低,并且PEM调制光程差有限、多次反射对入射光斑大小要求高且光能利用率低等缺点。提出一种基于微梯形八角结构弹光晶体的大光程差PEM方法。通过改进弹光晶体结构,使其为微梯形八角结构,两个通光面略微成一定夹角,该结构PEM不仅可以有效提高PEM调制的最大光程差,而且对入射光斑要求较小。理论推导分析了该PEM的最大调制光程差,并推导得出任意角、任意位置入射时PEM的最大调制光程差公式;通过多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics 4.3a对PEM的振动模态和应力分布进行分析;结合PEM的最大调制光程差和光能利用率,分析了寻找最佳入射角的方法。设计加工该PEM,其中弹光晶体选用硒化锌晶体,压电晶体选用压电石英晶体。采用波长为632.8 nm的氦氖激光进行实验分析,实验结果显示,在相同驱动电压下,该PEM的最大调制光程差是普通PEM的19.25倍,与理论仿真的相对误差为1.3%。     

偏振干涉成像光谱仪中Wollaston棱镜光程差及条纹定位面的精确计算与分析

论述了基于单Wollaston棱镜的偏振干涉成像光谱仪的基本原理;采用波法线追迹方法,对光以4种不同入射方式经过偏振干涉成像光谱仪中单Wollaston棱镜的精确光程差、分束角及干涉条纹定位面进行了计算,并给出它们与棱镜楔角、入射角及入射位置之间的理论公式;采用计算机模拟对光程差、分束角及条纹定位面的精确值和近似值进行分析与比较,结果表明精确值和近似值之间存在较大差异;当棱镜楔角、入射角及入射位置增大时,精确值和近似值之间的偏离量随之增大;利用得到的精确值分析了条纹定位面的偏离量及其对傅里叶透镜成像的影响 关键词： 偏振干涉成像光谱仪 Wollaston棱镜 光程差 条纹定位面     

基于组合Wollaston棱镜成像光谱仪的视场扩大原理分析

论述了视场扩大型成像光谱仪的核心部件——组合Wollaston棱镜的结构和分光机理;应用波法线追迹法分析了光在任意方位入射面内,以任意角入射时组合Wollaston棱镜中的波矢传播规律;推导出了光在棱镜中的传播方向及出射点坐标;给出了传播过程中e光和o光之间光程差的理论表达式;采用计算机模拟,给出了光程差随入射角和入射面方位角的变化曲线;在此基础上对组合Wollaston棱镜扩大光谱仪视场的原理进行了深入分析和讨论.上述研究对偏振干涉成像光谱技术的理论研究与技术创新,对自行设计的稳态大视场偏振干涉成像光谱 关键词： Wollaston棱镜 偏振干涉成像光谱仪 波法线追迹法 视场扩大原理     

复杂分光仪器中的像差研究

为提高分光仪器的性能,采用两个椭球面镜和一个椭球面消像差光栅分光。光源发出的光线被第一个椭球面镜反射,产生特定的波前,经过光栅衍射以后,不同波长的光波被第二个椭球面镜汇聚到探测器的不同位置上。系统具有复杂的像差特性和成像特性,根据费马原理,参考第二代全息变线距光栅的制作光路和理论,建立坐标系,定义两个椭球面上的入射角和反射角,确定各元件的位置变量,确立基本几何关系,将光程函数分为两部分:由衍射引起的光程变化和几何位置引起的光程变化,将两部分都按级数展开,给出了高阶像差的解析形式。对于平面、柱面、球面光栅和反射镜也可以使用这些公式。像差的解析式和光路也可以用于各种分光仪器中。     

全向激光告警系统中窄带滤光片的透射率分析

根据全向激光告警系统的结构特点,阐明了系统中大视场接收和窄带光谱滤波技术之间的矛盾.通过建立法布里-珀罗滤光片的模型,从反射膜的反射率、位相跃变以及间隔层介质所产生的光程差等因素,分析了激光从不同入射角入射时,滤光片具有不同的透射率.给出了激光入射角与透射率之间的关系公式,通过实验验证其有效性.     

晶体几何结构及入射角度对自抽运相位共轭特性影响的研究

基于两块不同尺寸的Cu∶KNSBN晶体自抽运相位共轭实验,研究了光折变晶体的几何结构及入射角度对自抽运相位共轭特性的影响,得到在入射位置不变化的情况下,随着入射角度的变化相位共轭光输出有最大值,几何结构不同对应的最大值不同。并从理论上分析了晶体结构及入射角度在双作用区自抽运相位共轭机理中的作用,指出几何结构、入射角度与自抽运光通道、耦合系数的关系,及在自抽运相位共轭效应中存在一个最佳入射角度,这时相位共轭光输出最大。最后,对理论上的相位共轭反射率公式进行了修正。对自抽运相位共轭实际应用中,选择最佳入射角度提供了理论和实验依据。     

基于光程差扫描的低相干离轴数字全息术

针对在低相干离轴数字全息术中,光源相干长度限制物光波可探测面积的问题,提出了一种基于光程差扫描的低相干离轴数字全息记录方法.首先,通过改变参考光和物光波之间的光程差,使得干涉条纹扫描记录平面的不同区域,而后对各个区域的数字全息图采用数值再现的方法获取不同区域处的物光波相位分布,最后采用相位拼接技术拼接各个区域的相位分布实现物光波的全视场探测.     

单轴晶体的光程差和Lyot型滤光器的视场

 建立了以光线入射方向和晶体光轴方向为基准的入射坐标系，利用波法线反曲面方程和电磁场在晶体折射界面处切向分量连续性的边界条件，得到了晶体中波法线方向、射线方向、波法线折射率和射线折射率的表达式。从非常光的射线方向和射线折射率出发，得到了在任意的晶体光轴方向和入射角条件下，光通过单轴晶体后寻常光、非常光的光程差表达式。对Lyot型滤光单元的透射率和视场进行了计算分析后发现，滤光单元的透射率随光线入射角的变化呈现一定的周期性，视场随光轴倾角的增大而减小。得出了透射率和视场随光轴倾角(光轴与晶体表面的夹角)和光线入射角(光线在晶体表面的入射角)的变化规律。讨论了通过改变晶体倾角实现滤光器调谐和补偿晶体厚度加工误差等技术问题。     

基于实验观测的菲涅耳双棱镜干涉的理论探究

从理论上研究菲涅耳双棱镜对于光的传播的影响以及发生干涉的光之间的物理关系即入射角与干涉位置的关系,同时从实验计算的角度论证等效法的可行性,即从实验观测出发通过数值计算的方法证明等效前后用于分析干涉光强分布情况的光程差计算结果相等.     

用于干涉光谱仪中的新型Wollaston 棱镜系统

提出了一种用于干涉光谱仪中的新型Wollaston棱镜系统———带反射镜的Wollaston棱镜系统。对其结构及光束在其中的传播特性进行了深入分析,并对两束光的光程差进行了计算机模拟。结果表明光程差与入射点位置的关系具有极好的线性,并且所得光程差的动态范围为同类装置的二倍。研究结果为偏振型空间调制干涉光谱仪的设计和应用提供了理论依据。     

立方角锥棱镜的有效反射区

定义了立方角锥棱镜的有效反射区 ,证明了立方角锥棱镜底面角部区域 (即非有效反射区 )入射光与出射光不平行 ,并且在入射光垂直棱镜底面入射情况下计算得有效反射区的面积为底面的三分之二。     

Angular tolerance and sensitivity for designing Fresnel-like prism structures with arbitrary surface profiles

Fresnel-like prism arrays are designed using geometric ray optics and fabricated on a curved surface according to specific focal length requirements. In this study, the tolerance of Fresnel-like prism structures on arbitrary surfaces was investigated. Compact equations (iterative and non-iterative) based on analytical formulation can be helpful in exploring the sensitivity associated with the fabrication of Fresnel-like structures. The curved surface in this study revealed a linear relationship between maximum angular tolerance and the angle of incident rays. An understanding of such linearity is a key issue in the fabrication of lenses as well as in the sensitivity formulae used for optical structures in the development of next-generation optics.     

Exact calculation of the minimal thickness of the large optical path difference wind imaging interferometer

This paper gives the relation between spatial ray and its projection on paper plane based on the vector form of reflective law.Using the method of prism expansion,it obtains the exact expression of the exit height.The exit height can ensure that the incident rays,at arbitrary direction and arbitrary angle,after several transmission and reflection in the two right-angle reflectors,finally pass through the exit surface.Furthermore,it analyses the effects of different parameters on the exit height through computer simulation,and some important conclusions are obtained.The physical meaning of the sign of exit height is described,and the exact expression of the minimal thickness of the large optical path difference wind imaging interferometer is gained.This work is of great scientific significance to the static,realtime simultaneous detection of atmospheric wind field,and it will provide a theoretical and practical guidance for the miniaturization design and engineering realization of wind imaging interferometer.     

三棱镜实验中入射点问题的讨论

利用几何光学原理和计算机进行模拟，对棱镜出射光线与入射点的关系进行了研究，并由MATLAB得到了入射点与棱镜顶角、材料折射率及棱镜底面边长关系的曲线图。实验结果表明，在测量三棱镜折射率及使用棱镜光谱仪时，对入射光线的入射点是有一定要求的。     

光束通过三棱镜的偏折情况再探讨

针对本科教学中学生关于三棱镜对光束偏折情况提出的疑惑,对光束通过三棱镜的多种偏折情况进行了详细分析,讨论了入射角、折射率、棱镜顶角对出射光线偏折方向的影响,给出了三棱镜的顶角和折射率的取值范围以及入射角的取值范围对光线是否能从出射边界射出,以及出射光线的偏折方向的影响,进一步讨论了光束的偏向角与三棱镜各参数之间的关系,给出了确定最小偏向角的简单方法.     

投影光学系统中的偏振像差分析

当光束斜入射时,光学薄膜存在一定的偏振效应。在飞利浦棱镜系统中,当一定大小孔径角的照明光束斜入射到分色合色薄膜后,S偏振分量和P偏振分量存在一定的相位差,使得线偏振光变成椭圆偏振光。利用琼斯矩阵偏振光线追迹的方法,分析了投影光学系统中由于两偏振分量相位差引起的偏振像差,以及它与暗态泄漏光强和系统衬比度的关系。得出了系统出瞳面上的光波偏振特性,以及在不同大小孔径角的照明光束入射下偏振像差的变化。分析了膜厚监控误差对光学系统偏振像差的影响,发现膜厚监控误差对偏振像差和系统衬比度有很大的影响。所使用的分析方法可以应用于其他大口径光学系统。     

折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究

建立了角锥棱镜的偏振模型,分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响,分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向,该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔,能够使用电光开关调Q,在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验,在重复频率为10 Hz时,输出激光单脉冲能量大于300 mJ,光束质量因子β值在2左右,实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。     

五角棱镜制造角差及抖动对其转向角的影响

从五角棱镜的原理和特性出发,分析了在理想条件下五角棱镜的转向角不受入射角的影响,详细讨论由于五角棱镜加工角差和相对入射光束抖动对其转向角的影响,给出了相应的精确表达式。其中对于入射光在垂直于入射面抖动的情况,由于不能简单从二维几何光学关系分析,而采用了矢量分析方法,得出:当角差δβ=δθ时,入射角抖动对转向角偏差的影响可以忽略,而转向角偏差与制造角差几乎成线性关系。为五角棱镜用于计量测试误差分析提供了理论依据。结论对五角棱镜的制造也有很大理论指导的意义。     

静态偏振风成像干涉仪中光在四面角锥棱镜中的传播规律研究

简述了自行设计的新型静态偏振风成像干涉仪的原理和四面角锥棱镜的分光机理;应用光线追迹法,推导出了主截面内任意光线在棱镜中的传播方向及出射点坐标,建立了平行光束经角锥棱镜后的偏向角和透过率的理论表达式;采用计算机模拟给出了偏向角和透过率随入射角的变化关系曲线;根据静态偏振风成像干涉仪的具体参数确定了四面角锥棱镜的侧面和底面夹角以及底边长度.该研究为静态偏振风成像干涉仪的研制提供了理论依据.