偏振和衍射双重效应影响的Schmidt棱镜特性

一束偏振光经过Schmidt棱镜的两个不同路径,成为两个不同的偏振状态,使得出射光束的偏振态呈现非均匀分布.为了探索偏振态非均匀分布对Schmidt棱镜传光质量的影响机理,将两个路径对应的光波函数引入屋脊衍射积分方程,得到了偏振效应影响的屋脊衍射场强分布.场强分布的数字计算表明:在偏振效应和衍射效应的双重影响下,经Schmidt棱镜出射的光场分布出现了严重变形;对应同一入射线偏振光出现的P、S两分量位相差的差异,使得P、S分量的屋脊衍射光强分布IP、IS有很大差异,这种差异在入射线偏振光方位角为0°和90°时达到最大;而合光波的衍射光强IP+IS是分裂为有一定空间间距的多峰分布,但多峰分布随入射线偏振光方位角的变化比较小.实验拍摄了He-Ne激光经Schmidt棱镜衍射后出射光强分布图.实验结果和理论分析一致性表明:Schmidt棱镜中的偏振效应和屋脊衍射效应导致了一束入射线偏振光分裂为有一定空间间距的多峰光束,严重破坏了Schmidt棱镜的传光特性.     

用琼斯矩阵法分析别汉棱镜像面偏振态分布

 基于反射定律的矢量式易于追迹复杂系统中光线的三维空间传播方向,计算了别汉棱镜每一面反射光线的方向,利用琼斯矢量法建立每一反射平面的琼斯矩阵以及面与面之间的传输矩阵,得到了一束线偏振平行光通过别汉棱镜后像面上的偏振状态分布,即经由2个屋脊面出射的光束是2个方位角不同的椭圆偏振光,这2个方位角的大小与入射线偏振光的振动方向有关。采用斯托克斯参量测量法,对别汉棱镜像面上偏振状态的分布进行了实验检测,得到了与理论分析一致的结果,指出别汉棱镜的偏振效应将会导致出射光束偏振状态的不均匀分布。     

Schmidt棱镜偏振像差对成像质量的影响EI北大核心CSCD

为了分析Schmidt棱镜偏振像差在自然光成像系统中对成像质量的影响,以线偏振光矢量衍射光强分布为基础,利用两种非相干叠加积分模型,获得了自然光通过Schmidt棱镜后完全相同的衍射光强分布关系。通过这个关系式分析得知,自然光经过屋脊棱镜的偏振像差表现为衍射光斑的对称分裂。对分裂导致的像面中心亮度比、分辨率以及所提出的像面变形度等像质评价参数进行了分析计算。结果表明,Schmidt棱镜的成像质量受到其偏振像差的影响严重。Jones矩阵因子B作为棱镜的结构特性参数,影响并决定棱镜的成像质量。B因子的大小就是Schmidt棱镜偏振像差的大小。理论分析及实验结果均表明,B=0为校正Schmidt棱镜偏振像差的一个条件。     

非均匀偏振光束通过环状光阑的传输

 使用光束相干偏振矩阵方法,推导出非均匀偏振光束通过环状光阑后偏振度和光强分布的表达式,研究了非均匀偏振光束通过环状光阑后偏振度和光强的变化。结果表明,在横平面上通常偏振度为非均匀分布,但在中心区域近似为均匀分布,均匀分布范围与非均匀偏振光束参数、光阑遮拦比和传输距离有关。初始为均匀分布的光强通过光阑后变为具有中心主极大和小衍射旁瓣的非均匀分布。     

初级球差对矢量柱状贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

通过柱坐标下的的分析方法,获得径向偏振和方位角偏振贝塞耳-高斯光束经具有球差的高数值孔径系统聚焦后的三维光场分布函数,根据光场分布函数模拟了不同球差系数下贝塞耳-高斯光束在焦平面和通过焦点的纵向切面上的光场分布.结果表明,在球差系数增加时,方位角偏振贝塞耳-高斯光束在焦平面上的圆环状光斑内半径逐渐变小到趋于恒定,而外环半径先减小后增大;而衍射焦点偏离高斯焦点的距离越来越大,纵向光强不再对衍射焦平面呈对称分布,调整离焦距离无法完全消除球差的影响;径向偏振贝塞耳-高斯光束会聚场的光强随初级球差的变化规律与方位角偏振贝塞耳-高斯光束的一致.     

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。     

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。     

部分偏振光通过透镜时的偏振像差分析

本文定量推导了轴上物点发出的部分偏振光通过透镜时其偏振度、偏振分量方位角和椭率角与透镜参数和入射光参量间的关系。对已知参数的透镜进行了定量计算，表明处于一定偏振状态的部分偏振光经透镜后其偏振度、偏振分量方位角和椭率角在出射光束截面上呈一定分布，产生偏振像差。给出了部分偏振光基本参量变化的数量级。指出在高精度光学测量中为避免透镜偏振像差影响，应尽可能减小光束半径和发散角。     

离轴径向偏振光束及其传输特性

基于Wolf近轴传输理论, 导出离轴径向偏振光束光强的解析表达式, 并研究离轴量对离轴径向偏振光束传输中光强分布的影响, 同时根据一阶矩质心位置的定义推导出离轴径向偏振光束的质心坐标, 研究其质心位置的变化规律. 结果表明, 与径向偏振光束不同, 离轴径向偏振光束在近场处传输时光强分布不均匀, 随着传输距离的增加, 光强分布均匀性逐渐得到改善, 而径向偏振光束在传输中始终保持空心对称光斑. 离轴量较小时, 近场处光强分布呈非对称空心面包圈形, 随着传输距离增达到一定程度, 光强分布演化为对称空心面包圈形, 离轴量越小, 演变距离越短; 离轴量较大时, 随着光束的传输离轴径向偏振光束的空心部分消失, 逐渐由空心面包圈形向高斯型演变, 径向偏振光束特性消失. 另一方面, 离轴径向偏振光束的质心不随传输距离的改变而改变. 质心纵坐标恒为零, 质心横坐标与光斑尺寸及离轴量相关. 随着光斑尺寸增大, 质心横坐标成线性增长. 当离轴量较小时, 质心横坐标随离轴量的增大呈非线性增长, 增长量不明显; 离轴量较大时, 质心横坐标随离轴量的增大呈线性增长, 且变化明显.     

基于达曼光栅的快照式斯托克斯偏振测量方法

斯托克斯偏振测量常被用于获取光束的偏振特性。提出一种利用偏振无关的达曼光栅快照式测量偏振光束斯托克斯参量的方法。偏振光束通过达曼光栅后在空间对称的位置上被分成4束,这4束光经波片和线偏振器调制后,最终被CCD采集。将单次快照采集的光强图简单叠加运算就可计算得到偏振光束的斯托克斯参量,并可进一步计算得到偏振光束的偏振分布、矢量质量因子（VQF）和模间相位。所提测量方法对不同椭圆偏振光的测量结果与商用偏振测量仪的测量结果之间的平均相对误差为6.97%。所提方法的测量装置简单,无需转动任何器件,单次快照就可完成测量,具有可靠的测量精度。     

Effect of chromaticity on quarter-wave retarder performance

When a polarized polychromatic beam passes through a birefringent medium, the constituent spectral components suffer different change of state of polarization. As a result when the beam passes through an analyzer, the intensity of the resultant beam changes depending on the orientation of the analyzer, state of polarization of the input beam, spectral and spatial intensity distribution of the source and the polarizing properties of the birefringent medium. In the present study the intensity variation of the resulting beam passing through a quarter-wave retarder plate is observed theoretically with the variation of the azimuthal angle of the analyzer for monochromatic and polychromatic source of light. A simple experiment is conducted to observe the intensity variation for an incandescent lamp and HeNe laser as polychromatic and monochromatic source of light passing through a birefringent polymer-based quarter-wave retarder plate. The experimentally obtained values are compared with theoretical values and a good agreement is observed.     

马普-赫斯棱镜对单模高斯光束光强分布影响分析

根据光在马普－赫斯棱镜两空气隙胶合层中的干涉效应,分析了其对单模高斯光束光强分布的影响.结果表明,对于某一高斯光束入射棱镜时,透射光束光强将随入射角的变化而呈现周期性的振荡;对于正入射的光束,当空气隙的厚度一定时,透射光强随棱镜两空气隙结构角的变化作周期性振荡;当结构角一定时,透射光强随空气隙厚度的变化作周期性变化;且透射高斯光束的形状也随棱镜结构的改变发生变化,表明,可以通过选择合适的棱镜结构以减小棱镜对透射光束的影响,对于成品棱镜,则可通过改变入射角使棱镜的性能达到较佳状态.     

向列相液晶中弱光引致各向异性衍射图样的研究

研究了弱线偏振光(≈0.16 W/cm²)通过垂直排列C₆₀掺杂的向列相液晶(5CB)薄膜的远场衍射图样.基于取向光折变机理,二波耦合使液晶分子进行二次取向之后,强度为高斯分布的光束通过样品时将形成高斯分布的空间电荷场,偏振光束通过样品时将产生偏振衍射图样.衍射图样的轮廓是同心圆环,在垂直于光的偏振方向有对称缺口.改变入射光的偏振方向可以看到衍射图样也随之改变, 有效非线性折射率系数n₂≈0.3cm²/W 关键词： 向列相液晶 取向光折变效应 自相位调制 衍射图样     

旋转双光楔折射特性与二维扫描轨迹的分析

 为实现旋转双光楔二维扫描的可控操作,利用几何光学和光的标量衍射理论,对双光楔的折光特性进行了数学分析。研究发现：绕固定轴以不同角速度旋转的双光楔可等效为一个折射棱角和主截面都变化的单光楔。以该双光楔系统作为衍射屏,对通过双光楔的光束在观察面的衍射光场分布作了理论分析,得到了夫琅和费衍射下,光束经转动双光楔在像平面上的衍射光斑随转角变化的规律：光斑的横坐标与两光楔转角正弦值的差成正比,纵坐标与两光楔转角余弦值的和成正比。     

三棱镜对圆高斯光束的变换

本文对基模高斯光束经三棱镜的变换进行了定量分析,表明基模圆高斯光束经三角棱镜变换后成为椭圆高斯光束。得出了椭圆高斯光束基本参量（椭圆光斑长、短半轴、等相面曲率半径、远场发散角）与入射基模圆高斯光束腰斑半径及三棱镜结构参数的定量关系。分析了光束的Ｍ２因子。     

快速空间测角系统中偏振像差的分析与研究

快速空间测角系统需要在一定的平移范围内均能实现测量功能,这就要求光束在接收单元具有一定的覆盖面积.受器件尺寸所限,选择对入射光束进行扩束,然而非正入射光经过系统会产生偏振态变化,存在偏振像差,引起测量误差.本文通过采用偏振光线追迹的方法,结合电磁场的边界条件,对快速空间测角系统中一定方位及入射角范围内的光束通过偏振棱镜后出射光束的偏振态变化与分布进行了理论研究及仿真分析;并通过搭建实验平台,利用平移接收单元来模拟不同的入射方位及角度变化.根据实验值与仿真结果的对比分析,得出在方位角为0o时,测量误差较小,在方位角为90o时,测量误差最大,且随平移距离(即入射角)的增大,测角误差增大.验证了偏振像差的存在对系统测角带来的影响及理论分析的正确性,并提出了改进措施.所得研o究结果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义.     

离轴矢量光束的紧聚焦特性

基于理查德-沃尔夫矢量衍射积分理论,数值研究了离轴矢量光束经过高数值孔径透镜后的紧聚焦特性.通过对比分析偏振奇点离轴的径向、角向矢量光束紧聚焦后,焦点附近的强度和相位分布规律,提出了一种由广义柱矢量光束设计紧聚焦场的方法.此外,通过分析矢量光束自旋分量的聚焦行为和自旋轨道耦合所诱导的自旋角动量分布变化,讨论了偏振奇点离轴对称破缺对高阶矢量光束紧聚焦场空间结构,特别是其自旋角动量空间分布的影响.该研究结果不仅对矢量光场的紧聚焦特性进行了补充,也为改进和完善焦场分布提供了理论参考.     

激光偏振编码制导中铌酸锂晶体编码技术研究

针对激光驾束制导系统光束能量调制方式的原理缺陷,讨论了用铌酸锂晶体的电光效应实现空间偏振编码的原理。对铌酸锂晶体的电光效应进行了理论分析,在此基础上设计了基于普科尔效应的空间偏振编码调制器。确定了X轴方向加电场的最佳运用方式,使得经过编码器后的线偏振光具有理想的偏振态梯度分布。对接收数据处理方式进行了讨论,得到了差和比方式对旋转不敏感的结论。在实验室中用可见光进行了近场实验,获得了从最上方近似右旋圆偏振光到中间的线偏振光再到最下方的左旋圆偏振光的偏振态分布。实验曲线表明获得了与理论计算基本一致的结果。     

柱透镜聚焦高阶Bessel光束产生焦散光束

研究了高阶Bessel光束经过柱透镜后的光场分布特性.在广义惠更斯-菲涅尔衍射积分理论基础上,推导出高阶Bessel光束透过柱透镜后的衍射光场分布表达式;并利用MATLAB和MATHCAD模拟了不同传播距离处的光强分布.实验上,利用轴棱锥和螺旋相位板产生不同阶数的高阶Bessel光束,并使产生的高阶Bessel光束经过柱透镜,最后用CCD记录下不同距离处的衍射光场.研究结果表明,高阶Bessel光束经过柱透镜形成唇状的焦散光束.