双光楔旋光退偏器的Mueller矩阵分析

退偏度是衡量退偏器性能的主要参数.为了提高双光楔旋光退偏器的退偏性能,应用平均Mueller矩阵推导出双光楔旋光退偏器退偏度的理论表达式,并利用平均Mueller矩阵和斯托克斯矢量建立了退偏器偏振度与相关参量间的关系.通过对一阶贝塞尔函数求解,理论上就退偏器的退偏性能进行了解释.退偏度的大小与入射光的波长、光瞳半径、退偏器的结构角等参数有关.在Matlab软件环境下对理论结果进行了模拟计算.模拟计算结果表明:波长越短退偏越容易,在一定范围内适当增加光瞳半径或结构角可以提高退偏效果.理论结果与相应的实验结果相一致,证明了理论分析的正确性.为退偏器的优化设计、生产及使用提供了理论基础.     

高功率法拉第隔离器多模退偏特性

理论分析了隔离器在高功率多模激光入射时的自退偏特性.结果表明:线性双折射致退偏与圆双折射致退偏均与入射光功率的平方成正比,线性双折射致退偏与光斑大小无关,而圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小.当光斑半径与旋转晶体半径相比很小时(R0/r0≥80)圆双折射引起的退偏大于线性双折射引起的退偏,当光斑半径接近旋转晶体半径(R0/r0≤3)时,与线性双折射引起的退偏相比,圆双折射引起的退偏可以忽略.对比单模激光入射,在同种条件下,多模入射使得线性双折射致退偏减小了0.4倍, 最小圆双折射致退偏减小为0.05倍.     

高功率法拉第隔离器多模退偏特性

理论分析了隔离器在高功率多模激光入射时的自退偏特性.结果表明：线性双折射致退偏与圆双折射致退偏均与入射光功率的平方成正比,线性双折射致退偏与光斑大小无关,而圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小.当光斑半径与旋转晶体半径相比很小时（R0/r0≥80）圆双折射引起的退偏大于线性双折射引起的退偏,当光斑半径接近旋转晶体半径（R0/r0≤3）时,与线性双折射引起的退偏相比,圆双折射引起的退偏可以忽略.对比单模激光入射,在同种条件下,多模入射使得线性双折射致退偏减小了0.4倍, 最小圆双折射致退偏减小为0.05倍.     

Lyot型退偏器的光束叠加分析

为了深入研究Lyot型退偏器的退偏原理,利用光束叠加的方法,通过分析得到了该退偏器对复色线偏振光的退偏度表达式。利用该表达式及光束叠加思想,从新的角度分析了Lyot型退偏器的三个理想退偏条件:晶体光轴夹角为45°;每一片晶体的延迟量足够大;两片晶体的延迟量之差必须足够大。通过比较发现,早期研究结论的不同主要是由于选取的光源功率密度谱不同造成的。研究结果表明,光束叠加方法计算简单、意义清晰、退偏度表达式简洁,可以更加全面、细致地实现退偏性能的分析。     

二元光学分束器输出稳定性的优化设计

提出将微分-积分法用于二元光学分束器的设计, 以改善其输出对输入变化的敏感性。模拟计算表明, 使用这种方法设计的分束器, 当输入光束形状和强度变化时, 目标光强分布保持一定程度的稳定性, 衍射效率达到92.67% , 光强不均匀性小于0.002%。当输入由基模高斯波变为超高斯波或带有微小随机起伏的矩形光斑和平面波时, 衍射效率最低仍能达到89.60% 以上, 光强不均匀性最高为11.49%。综合衍射效率与光强不均匀性两方面考虑, 本文设计结果优于现有文献报导。     

二元光学波面变形器件的研究

基于计算全息原理设计了二元光学波面变形器件，一块二元光学器件的衍射效率比计算全息可提高４倍，高斯波面整形需要二块整形光学器件，二元光学器件的激光利用率比计算全息提高１６倍，而且制做工艺简单．     

二元光学分束器输出稳定性的优化设计

 提出将微分-积分法用于二元光学分束器的设计, 以改善其输出对输入变化的敏感性。模拟计算表明, 使用这种方法设计的分束器, 当输入光束形状和强度变化时, 目标光强分布保持一定程度的稳定性, 衍射效率达到92.67% , 光强不均匀性小于0.002%。当输入由基模高斯波变为超高斯波或带有微小随机起伏的矩形光斑和平面波时, 衍射效率最低仍能达到89.60% 以上, 光强不均匀性最高为11.49%。综合衍射效率与光强不均匀性两方面考虑, 本文设计结果优于现有文献报导。     

Lyot型单色光退偏器设计与研究

为了实现单色线偏振光的退偏,在Lyot型退偏器的基础上,设计了一种新型退偏器。该器件由2个慢轴夹角为45的1/4波片组成,通过对透射光的叠加分析,发现该退偏器可将任意振动方位角的线偏振光转化为强度稳定的圆偏振光,并得到其退偏度表达式。针对633 nm波段,精选2个1/4波片制作样品,并测试其退偏度。测试结果表明:对不同方位角的线偏振光,退偏器退偏度超过94%,当微调入射角时,退偏度则达到97%以上。     

ICF靶面均匀照明二元光学器件的设计与研制

 采用不同的优化算法,设计了ICF均匀照明二元光学器件。提出了全局/局部联合搜索算法(GLUSA),对平面输入波获得了旁瓣小、光强均匀的设计结果。完成了16阶浮雕表面结构的位相板的试制加工,并利用光学CT法测量了焦斑光强分布,实验结果表明获得了较好的光强包络,但顶部均匀性还有待进一步提高。将单元器件扩展为阵列器件,增加了对输入光波畸变的宽容度。     

一种新型的二元光学器件——多位相光束分束器的制作

本文报道了用于多光束分束器的反射式16位相值二元光学器件的制作。该二元光学器件把一束光束分成5×5光束阵列。测量的衍射效率为76.16%,接近理论设计值79.68%。该二元光学器件的有效孔径为10mm×10mm。     

多光束叠加方法对Lyot改进型退偏器的偏振相关性研究

为深入研究Lyot改进型退偏器的性能,首次利用多光束叠加方法,分析其退偏性能的偏振相关性。理论分析发现:在楔角足够大的情况下,线偏振光振动方向与入射端晶体光轴夹角,即振动方位角为0°或90°时,退偏效果理想,夹角为45°时一般最差,但当退偏器对入射波长相当于1/4波片时,任意方位角的入射光都有同样好的退偏效果。实验较好验证了理论分析结果,并通过改变入射角使样品的总延迟量达到1/4波片效果,此时退偏度在99%以上。该研究为退偏器的理论分析和设计提供了新的参考依据。     

基于偏振敏感光学相干层析术的人体组织退偏特性在体测量方法

报道了一种基于偏振敏感光学相干层析术的人体组织退偏特性在体测量方法.以人体手指指甲为样品,采用基于斯托克斯矢量的测量方法和基于宏观穆勒矩阵的测量方法,获得了指甲的不同退偏参数图像,并通过比较图像来衡量这两种方法的优劣.基于穆勒矩阵的方法获得的图像中,能明显区分出甲床结构,对比度高,但能显示出的结构较少.基于斯托克斯矢量...     

一种新型空间伪退偏器的设计与研究

为实现单色线偏振光的退偏,设计了一种双折射晶体材料四元结构空间伪退偏器。为了分析简便,采用光波叠加的思想,分析得到退偏器正反向应用时退偏度表达式,揭示了它们的不同特性:正向应用时,退偏度随入射线偏振光方位角及入射角具有周期变化,而在某些特定的入射角情况下,可使退偏度达到理想值且没有偏振相关性。反向应用时,退偏度理论值为100%,且不随方位角和入射角变化。制作了石英晶体的样品进行实验测试,结果充分验证了理论分析的正确性。对405nm激光光源,正向在yoz面内以3.7°入射时,退偏度超过99.25%;反向应用时,退偏度均在99.21%以上,与理论分析相符。     

基于瑞利-索墨菲积分的大角度激光分束器设计

针对目前激光分束器只能产生小发散角的问题,基于严格的非傍轴近似的衍射积分公式,提出了一种大发散角分束器的设计方法.先对目标光场分布进行坐标和光强修整,再利用改进的GerchbergSaxton迭代算法得到所需分束器的相位分布.分别采用本文设计方法和原有方法设计了发散全角为40°×40°的5×5分束器,仿真和实验结果表明:原有方法设计得到的5×5子光束存在着显著的枕形畸变,并且光强分布不均匀.而本文方法设计得到的子光束呈均匀等间隔排列,并且强度分布更为均匀.     

带有二元光学元件的可见光望远镜设计

本文讨论了可见光常规望远镜的特点及存在的问题，论述了在望远镜系统中加入二元光学元件（ＢＯＥ）的优点和设计方法。通过具体设计实例表明：混合型望远镜系统与光学性能与基本相同的常规望远镜相比，元件数目减少，且所有元件均使用Ｋ９玻璃，系统重量变轻，系统的结构简化。     

光谱仪会聚光路中退偏器的设计方法

为了降低光谱仪的偏振敏感度,提出了一种在会聚光路中设计退偏器的方法。该方法首先将系统的望远镜和准直镜视为辅助光路,使得光束的偏振状态可以用Stocks矢量来表示;然后使用Mueller矩阵来表示元件的偏振特性,并推导出了基于Mueller矩阵的系统偏振敏感度模型;最后利用多重多元回归分析来提升Mueller矩阵的计算速度与精度。基于该方法设计了一款放置在会聚光路中的改进型退偏器,系统的偏振敏感度小于1%,像点分裂距离小于8μm,该结果满足设计要求,验证了该方法在会聚光路中设计退偏器的有效性。     

神光Ⅲ中退偏现象对系统隔离比的影响

通过离线实验指出了神光Ⅲ主机装置联机调试阶段中限制系统隔离比提高的主要因素来自于转角体结构中反射膜引入的退偏效应。从膜系理论出发建立了神光Ⅲ主机装置中的转角体结构的反射系数的计算模型,进而通过计算指出了退偏效应的主要来源是反射膜层厚度的偏差,然后通过数值计算与离线实验结果的对比确定了转角体结构中各个反射镜的反射系数。由此得到了转角体结构的总反射系数及其造成的神光Ⅲ主机装置系统隔离比的提升上限和进一步提升系统隔离比的思路。     

基于二元光学色差校正的全景环形成象系统设计

本文分析了全景环形透镜的成象特性及其设计方法,并在此基础上设计了一例全景环形成象的光学系统.二元光学面的引进,对系统的色差校正起了很大的作用,从而得到了良好的成象效果.     

用于ICF的新型单色退偏器

设计了一种三元结构的双折射型退偏器,将两个这样的退偏器组合使用（两退偏器光轴成45°）对单色线偏光进行退偏,无论是用洛匈棱镜和红外感光卡对退偏效果进行观察,还是用偏振分析仪对退偏光束进行偏振分析,所得的结果表明退偏效果很好,且退偏效果对入射线偏光的偏振方向不敏感。     

光学器件性能参数对激光雷达探测气溶胶和云退偏比的影响

二向色镜及偏振分光棱镜作为常用的光学器件,近年来在大气探测偏振激光雷达中得到了广泛使用。但两种光学元件性能上的非理想特性与安装时存在的偏振误差夹角等问题在一定程度上会对大气探测后向散射光的退偏比造成影响。针对偏振激光雷达标定中通常只考虑偏振分光棱镜影响的问题,通过仿真模拟分别分析了二向色镜、偏振分光棱镜以及二者级联下对大气中气溶胶的退偏比影响,并给出了误差分析。以532 nm和1064 nm两种波长下的沙尘粒子与卷云的后向散射光作为输入进行模拟计算,结果显示,常用的长波通二向色镜对模拟输入光源在1064 nm透射通道下有7.111%的退偏比变化,在532 nm反射通道下有3.012%的退偏比变化。对偏振分光棱镜而言,输入为532 nm及1064 nm处探测的沙尘粒子退偏比会分别产生21.333%和27.3%的相对误差变化,532 nm处探测的卷云退偏比会产生14.2%的相对误差变化。两种光学元件在存在偏振误差夹角时均会带来额外的退偏比误差增量,在两种光学元件级联条件下,对模拟光源的退偏比也表现出累加性的误差增大。