“三光合一”系统用的立方棱镜二向色分光膜的研制

论述研制高反射（1．6μm）、透射（0.4～0.9μm）立方棱镜二向色分光膜、其技术关键是最大限度地减小光偏振带来的损失。探讨一般生产中可采用的减编振方法。运用G|ABCB|mG膜系结构原理，研制出ρ1.06μm＞98％，τ0.48～0.9μm＞95％，透过峰位＞98％的高效立方二向色分光棱镜。如再增加膜层教，可使τ1.06μm＜0．2％，基本解决了该类立方棱镜的消偏振难题。     

立方棱镜二向分光膜的研制

在立方棱镜内镀制二向分光膜,由于强烈的偏振效应,影响了反射率的提高。本文简略地叙述了减小偏振效应的方法,並着重介绍了反可见透1.06μ和透可见反1.06μ两种二向分光膜的膜系设计与制备工艺。     

近红外消偏振分光膜设计近红外消偏振分光膜设计

大角度倾斜入射时,光学薄膜表现出强烈的偏振效应。入射光S分量和P分量的反射率和透射率曲线,以及反射或透射引起的两个分量的相位变化都不再相同,彼此有一定的偏振分离。通过对产生偏振效应内在原因的分析,采用一个在近红外波段对于45倾斜入射光的S分量和P分量等效导纳非常接近的膜系结构,结合单纯形法优化算法,设计得到一个1 500～1 600 nm范围内反射率都是50％的近红外消偏振分光膜。结果显示,在45入射时,S分量和P分量的反射率曲线偏振分离小,反射和透射引起的相位变化也控制在很小范围。     

一种新的偏振光谱二向反射测量方法

针对分光辐射度计和CCD相机各自在偏振BRDF实验测量中的不足,提出了一种新的实验方案.分别利用分光辐射度计和带液晶可调滤光片的CCD相机测量偏振光谱BRDF数据,然后利用分光辐射度计的数据来反演图像数据.实验结果表明,反演后的偏振光谱BRDF数据不但准确地描述其波谱特征和材料的均匀性,而且能反映材料的颜色、粗糙度、导电性、纹理和边缘等特征.     

用于投影显示的分色合色膜系的消偏振设计

由于斜入射时,光学薄膜存在一定的偏振效应,将产生S-和P-偏振光的光谱分离.在Philips棱镜系统中,分色合色膜系通常分色时对S-光应用,合色时则对P-光应用.从提高光能利用率、减少杂散光和增加系统对比度等因素综合考虑,要求分色合色膜系的S-和P-偏振光的分离尽可能小.新设计方法采用宽带法布里－珀罗薄膜干涉滤光片中心波长两侧的干涉带作为长波通或短波通截止滤光片,可实现S-和P-偏振分量的分离几乎为零.     

近红外双波段消偏振分光膜的设计

大角度倾斜入射时,光学薄膜表现出强烈的偏振效应。这一现象在大部分应用场合会带来系统光学性能的劣变,然而控制偏振效应的光学薄膜设计是困难的。分析了产生偏振效应的内在原因,采用由三种全介质材料构成的四层膜堆和等效层结构膜堆组合得到初始膜系,结合单纯形法和共轭梯度法的多级优化,设计了1300～1330nm和1535～1565nm两个波段范围内分光比都为1∶1的近红外双波段消偏振分光膜。结果显示,在45°入射时,在两个工作波段的s分量和p分量的反射率曲线偏振分离小,反射和透射引起的相位变化也控制在很小范围。     

基于二向色及透射准直的小型近红外拉曼光谱仪

搭建了可用于生物医学检测的小型近红外拉曼光谱仪。通过理论计算,几何光路设计,完成了系统组装。有别于传统反射式准直结构：(1)本光谱仪色散系统采用透射式准直的方法,将散射光投射到光栅上进行色散;(2)经二向色镜分光,采用物镜对入射光会聚和散射光收集,设计了与色散系统入射狭缝相匹配(共焦面)的外光路系统,进而有效收集拉曼信号和去除杂散光;(3)实现了高分辨率(3 cm-1)、高重复性和高灵敏度光谱检测,检测范围500~2 200 cm-1(785 nm激发);(4)小型化设计,整个系统尺寸约240 mm×200 mm×130 mm,自由度高。将此自开发小型拉曼光谱仪应用于葡萄糖和膝关节软骨的拉曼光谱测试,获得了与大型商业拉曼光谱仪相媲美的结果,验证了该光谱仪具有高分辨率,高重复性和高灵敏度的优越性能,可灵活地应用于生物医学等多领域的研究。     

光偏振片和波片的综合设计实验

为加深学生对光偏振态的理解,提出了利用偏振分光镜、二分之一波片和偏振片等光学偏振元件,进行综合实验的设计方案。利用偏振分光镜,分离出p光和s光;旋转二分之一波片或偏振片,入射光的振动方向发生变化,p光和s光光强随之改变。此实验能加深学生对光偏振知识的理解,提高学生运用光学原理和光学器件解决实际问题的能力。     

用于激光等离子体诊断实验的二倍频探针光系统

为了满足基准物理实验的要求,准确地探测出靶面的等离子体的电子温度、密度、电子离子漂移速度等参数,在星光Ⅱ激光装置上发展了一束二倍频激光作为探针光。通过模拟实验已经证实了该探针光的二倍频总能量大于5J,焦斑尺寸小于100μm,可以满足激光与等离子体相互作用的高功率要求。目前,该探针光系统已经用于用于激光等离子体诊断实验的常规运行。     

用于激光等离子体诊断实验的二 倍频探针光系统

为了满足基准物理实验的要求 ,准确地探测出靶面的等离子体的电子温度、密度、电子离子漂移速度等参数 ,在星光 激光装置上发展了一束二倍频激光作为探针光。通过模拟实验已经证实了该探针光的二倍频总能量大于 5J,焦斑尺寸小于 1 0 0 μm,可以满足激光与等离子体相互作用的高功率要求。目前 ,该探针光系统已经用于用于激光等离子体诊断实验的常规运行。     

双偏光大分束角输出棱镜的设计方法

本文介绍了一种双偏光大分束角输出的晶体偏光棱镜的设计方法。作者从实用性和工艺可行性两个角度考虑，采用了单、双窗两种设计形式，并给出了相关数据和具体工艺要求。器件结构紧凑、消光比高、使用方便。     

冰洲石-玻璃组合平行分束偏光镜的设计研究

为了既节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料，又实现偏振光的大剪切差输出，采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法，设计了一种新型平行分束偏光镜。该棱镜的前后半块分别为ZBaF₃玻璃和冰洲石晶体，由大折射率液态胶合剂溴代萘胶合而成。实验测试表明：该棱镜透射的2束平行光的消光比，o光可达10^－5；尽管受到光学玻璃的影响，e光的消光比仍优于10^－3；透射比均与纯冰洲石晶体材料的棱镜基本相当。理论分析表明：该棱镜自身结构带来的性能影响在一定情况下完全可以忽略，因此具有较好的应用前景。     

Wollaston式多光束分束棱镜的设计研究

基于方解石晶体的光学特性和传统Wollaston棱镜的结构特点,设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜。棱镜的两块晶体的光轴不再是垂直的,而是呈现一定的角度。通过结合玻璃棱镜,可以实现三束或四束光束平行光束的出射。以晶体光轴夹角为45°角为例,对该棱镜进行了讨论研究。研究得出:当一束自然单色光入射时,当入射光束的光斑大小大于两平行光束之间的距离时,可以实现两束相互垂直的偏振光和一束自然光出射,当光斑大小小于棱镜中两平行光束之间的距离时,能够产生四束分开程度可调并且平行出射的偏振光。该棱镜能为不同的应用环境提供可调节的偏振出射光束,从而节约成本。     

薄膜对激光测距中棱镜器件选择的影响

分光棱镜是一些测距系统中的关键元件,而分光膜又是关键中的关键。采用45°与30°两种不同的分光棱镜,制备不同的分光膜。利用这两种棱镜作测距实验,发现在相同的天气和系统条件下,45°棱镜测距能力为800m;而30°棱镜测距能力为1800m。所以,在实际设计中一定要考虑分光膜的p偏振的影响。     

基于全反射原理的圆台压平棱镜设计与应用实验

利用全反射原理,设计了特殊的圆台压平棱镜探头,可线性测量角膜的压平面积.本文介绍了圆台压平棱镜的设计方法,给出了测量压平面积的实验装置和测量结果.     

Wollaston式平行分束与对称分束偏光棱镜设计

从Wollaston棱镜结构出发,寻找到两种设计方案,即把出射面为平面改为两个平面,若两平面向里凹,能得到大分束角对称分布的o、e光;若两平面向外凸,能得到剪切差大的平行出射的o、e光。大大拓宽了Wollaston式棱镜的使用范围。     

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。     

三元结构剪切差对入射点连续可调的平行分束偏光镜设计

为了节省稀有的冰洲石晶体材料,并实现剪切差对入射点的连续可调,采用冰洲石与光学玻璃组合的方法,设计了一种新型平行分束偏光镜。该棱镜是在ZBaF3玻璃中间夹冰洲石晶体薄片的三元结构,并用溴代萘胶合;选择合适的结构角,令电矢量振动方向相互垂直的两束偏振光在不同端面平行出射。实验测试表明,棱镜的e光透射比高于70%,o光透射比高于85%,消光比优于10-3。该设计在大大节省冰洲石晶体的前提下,不仅保持了良好的性能,而且还实现了剪切差对入射点的连续可调,给使用带来了巨大的便利,具有良好的应用前景。     

基于渥拉斯顿棱镜的单路实时偏振成像系统设计

针对非实时成像中动态场景偏振探测产生的虚假偏振信息问题,充分利用渥拉斯顿棱镜的分光特性,设计了一种新型实时偏振成像系统.采用像方远心望远透镜系统、准直透镜系统并设计匹配的成像镜系统,在单探测器阵列上同时获取偏振态相互垂直的两幅偏振图像.通过全系统联动设计与优化,系统的调制传递函数在截止频率处不小于0.55,全系统弥散斑均方根半径小于5.3μm,即小于探测器像元尺寸,满足成像设计要求.仿真结果证明该成像系统可有效解决传统分振幅偏振成像系统的实时性差的不足,分孔径偏振成像系统的能量利用率和分辨率低的问题以及偏振焦平面方法中光路串扰的缺陷,应用前景广阔.     

基于镀膜四面角锥棱镜技术的上层大气风场探测研究

阐述了“镀膜四面角锥棱镜（coating pyramid prism, CPP）”技术探测上层大气风场的原理,提出可以在四面角锥棱镜的4个面上分别按λ/4（λ波长）的步进光程差递增镀增透膜,同时获得一个干涉条纹中的4个强度值,实现上层大气风场的探测模式.对该模式下的相关参数进行了理论计算并得出结论：四面角锥棱镜的顶角必须大于24°、宽度为8mm的对称光束入射到CPP顶点能满足LF7玻璃上镀MgF₂增透膜以实现大气风场探测的要 求.按9°×9°干涉仪视场和CCD4.5°×4.5°视场设计了干涉仪前后的光路,用CCD照相机并调 节定标光源Kr灯557.0nm到所需光束宽度进行了模拟实验,分别得到顶角为60°和９０°的 两面镀膜棱镜在CCD上的两个干涉光斑,这两个光斑再复制即可获得CPP的4个干涉光斑,从 而证实了CPP技术探测上层大气风场的可行性.该模式发展了被动探测上层大气风场的光学遥 感探测技术. 关键词： 四面角锥棱镜 镀膜 上层大气风场 探测