消色差λ/4波片的系统级标定方法研究

消色差/4波片具有一定的二向色性和相位延迟量误差,导致仪器偏振测量产生误差。从考虑全偏振CCD相机自身偏振效应的辐射模型入手,借助积分球辐射源和高精度辅助旋转偏振器,研究系统级非理想消色差/4波片的标定方法。结果发现:消色差/4波片的二向色性和相位延迟量参数随仪器的工作波长与带宽发生变化,波段650 nm（相位延迟量88.90）和750 nm（相位延迟量88.65）消色差效果相对较好,而波片在波段850 nm（相位延迟量84.33）相位量偏差较大;通过相位延迟量的标准误差分析,得出消色差/4波片的系统级标定方法精度优于0.8。     

二元复合波片延迟相位方位效应探讨

在多级波片方位效应的基础上，探讨了复合波片的方位效应问题。通过对多级波片的设计与测量，论证了入射光方位是影响波片延迟量的关键因素。     

红外波片相位延迟的测试方法及精度分析

通过全面分析光强随波片方位角的变化从中优化出可适用于红外波段的确定波片延迟的方法。此方法只需读取输出光强的最大值和最小值,通过简单运算得到所测波片的相位延迟。以此为理论基础,建立了一套红外波片检测系统,此系统使用元件的数量较少,操作简单,重复性好,易于得到较高的测试精度。此外,从系统光源、光学元件到接收器件等组成部分分析了整个系统中各种误差源对测试精度的影响。结果表明,该系统的检测精度与波片延迟有关,并给出其关系曲线,由该曲线可知,当所测波片的延迟大于40ο时,该系统的仪器相对误差在1%之内,对于常用1/4和1/2波片,仪器相对误差分别为0.2%和0.01%。该检测系统的测试精度在可见和近红外波段基本保持不变。     

中红外宽带消色差超透镜的设计

中红外热成像系统是通过探测物体本身的辐射进行成像,不需要外部光源。而传统的中红外热成像系统体积大,不利于小型化。本文基于传输相位理论,采用时域有限差分（FDTD）法,使用FDTD软件计算仿真,探究了不同的单元半径、纳米柱高度及单元周期对相位延迟及透过率的影响,并且针对不同的纳米柱半径,利用传输相位调控实现中红外（3～5μm）波长下全介质硅材料的宽带消色差超透镜设计。其数值孔径为0.24,仿真焦距值为147.3μm,半峰全宽（FWHM）为8.11μm,透镜透过率达到70%。设计的超透镜不仅体积小、质量轻、全波长聚焦效率可达到54%,而且为平面透镜,因此易于光学系统集成,在红外成像、红外夜视仪、红外遥感等技术中展现出广阔的应用前景。     

1/4波片相位延迟分布的动态测量

通过密勒矩阵和斯托克斯参量法对一种1/4波片的相位延迟分布的测量模型进行了推导,并设计出一种空间分光移相器,取代一般测量系统中的检偏器,使得系统能于瞬间同时采集四幅具有90°移相步长的干涉图,避免了环境振动对测量的影响,从而可以对1/4波片的相位延迟分布进行动态在线测量.对一个实际标称波长632.8 nm的1/4波片进行了测量,结果显示其平均延迟量为149.36 nm,且接近75%部分其相位延迟误差在5 nm之内,显示出较好的延迟均匀性.     

一种提高1/4波片相移量测量精度的方法

提出了一种新颖的，在已知四分之一波片快轴方向的情况下，利用两个偏振片和一个三棱镜来提高波片相位延迟角测量精度的简便方法，给出了对该方法的理论分析与不确定度公式，并给出了应用实例.此方法的主要优点是可以提高测量精度，并且操作简单，容易实现.     

钠光红外成分对波片相位差测量的影响

钠光灯除发出钠黄光外,还有少量的其它成分的光,主要是818.3nm—819.5nm的近红外光。如果钠黄光的光谱能量分布为100％,则这近红外成分的光的光谱能量分布约为13％。实验结果表明,钠光中的近红外光对用光电装置测量波片相位有较明显的影响。     

红外双波段共焦复合孔径光学系统设计

为满足光电成像装备多元、广域、远距离探测的需求,提出了双波段复合孔径光学系统的概念。采用主副孔径配合探测搜索的方式,其中主孔径用于远距离探测,副孔径用于大视场搜索,并分析主副孔径与中继系统拼接函数以推导复合孔径共焦面方程,从而保证不同波段图像采集的同步性和一致性。设计的红外双波段复合孔径光学系统成像波段为3.7～4.8μm和7.7～9.5μm,复合孔径系统由5个子眼（1个主子眼和4个副子眼）构成,主孔径焦距为200 mm、视场角均为±6°,副孔径焦距为50 mm、视场角均为±12°,主副孔径光轴夹角为6°,合并后的总视场为24°。相对于均一型复合孔径系统而言,该系统兼具了远距离探测与大视场搜索功能,主副孔径系统与中继接收系统成像质量良好,在-40～60℃温度范围内无热差影响。     

光学介质薄膜优化的宽带消色差λ/4相位延迟器

根据全反射相变理论设计了菲涅耳菱体型相位延迟器延迟量对入射角变化不敏感的结构角。根据薄膜的偏振效应,从薄膜的特征矩阵出发,通过在菱体的两个全反射面蒸镀光学介质膜的方法拓宽了菲涅耳菱体型相位延迟的消色差宽度。在ML_EB900型镀膜机上适当控制沉积条件制备了消色差相位延迟膜,实验测试结果表明:在530~700 nm的波长范围内,可以获得90°的相位延迟量,且最大偏差小于0.7°。     

三元复合式消色差补偿器的研究与测试

光学补偿器是一种光相位可在一定范围内连续可调的延迟器件，是偏光技术中的一个重要光学元件。对于三元复合式补偿器来说，只需转动其中的一个波片便可实现延迟量在0～2π之间连续可调，而且调节方便，调整量大，精度高。本文在复合式补偿器研究基础上，进一步从理论和实验上证明了该补偿器不仅具有相位补偿性能，而且在一定的光谱范围内满足消色差性能，削弱了延迟量对波长的依赖关系，适合于复色光使用。     

任意波长云母波片的制作技术

本文给出了由已测得的云母片对6328 A激光的相位延迟,推算任意波长的延迟的几种方法。对这几种方法进行了分析、比较。根据误差讨论,确定了制作任意波长波片的方法。     

1/4波片延迟量的相位调制椭偏测量法

利用椭偏测量术中的相位调制椭偏测量原理测量了1/4波片的延迟量。该方法预先对测量光束的偏振态进行调制,以生成随时间变化的光强信号,通过对信号中的谐变成分进行分析而获得待测波片的延迟量。测量了四个波片,其中三个波片的延迟量已经用电光调制法精确测量过,经对比测量的结果符合较好。观察到了和理论相符的云母波片延迟量的振荡现象。实验结果说明这种方法是一种有实际意义的方法。     

复消色差的短波红外望远物镜设计

分析计算了一些普通光学玻璃及晶体光学材料在0.9~2.5 μm短波红外段的色散特性.在远距型的物镜结构后组中采用的厚弯月镜能产生一定量的反向色差补偿前组中的二级光谱,所设计的物镜在焦距800 mm时的带孔径处最大色差0.13 mm.结果表明,采用氟化物玻璃与重火石玻璃的三片式组合在短波红外段具有较好的消色差能力.     

云母1/4波片偏振干涉谱的研究

本文利用岛津UV301－PC分光光计，测定了云母1／4波片的偏振干波谱，该光谱和以往文献中的显著不同。本文对此进行了分析和解释，并由此得出了在考虑吸收的情况下的爱里方程表达形式。该将有助于测定某些晶体的吸光度。     

基于遗传算法的三元复合宽带波片设计

提出在三元复合宽带波片设计中,采用遗传算法在特定入射光频率范围内对复合波片系统的相位延迟误差和等效快轴方向夹角误差进行全局优化,并采用蒙特卡洛方法,通过程序仿真分析在晶体加工过程中尺寸公差对消色差性能的影响.结果表明,设计出的红外复合宽带波片在晶体厚度和方位角公差分别为1μm和0.5°时具有很好的消色差性能.     

双折射晶体相位延迟片的延迟量色散性分析

为了分析双折射晶体相位延迟片(即波片)的延迟量色散性质,由晶体已知的折射率数据,拟合得出光线垂直入射不同双折射晶体波片的相位延迟与波长的关系式。在此基础上针对几个常用设计波长和选定级数的波片,利用MATLAB软件拟合,得到入射光波长与波片相位延迟量的变化关系曲线。结果表明,不同双折射晶体波片其消色差特性具有很好的一致性,其原因在于晶体双折射率色散的一致性;同一设计波长的波片,其消色差效果随着波片级数的增加而变差;而对于相同的级数,设计波长越长其波片的消色差效果越好,且随波长增加,波片的消色差效果变好具有线性关系。     

波片复合旋光器研究

利用矩阵光学方法，分析了波片复合旋光器的理论基础，给出了二元和三元复合波片旋光器的条件及其旋光角的大小的数学表达式，并根据此理论作了典型设计。结果表明，旋光角的大小与各波片的延迟量和它们的快轴同X轴的夹角有关。     

双λ/4波片复合效应与椭圆偏振光的实验验证

利用Jones 矩阵分析双λ/4波片对正入射线偏振光的复合效应,提出了在椭圆偏振光长短轴方位未知、λ/4波片光轴未标出的情况下,验证椭圆偏振光与部分偏振光的实验方法,利用偏振光实验平台进行的测试结果与理论分析相吻合.     

可变波片构造等效线性可转波片的研究

利用四元数理论分析了可变延迟波片,并依此由可变延迟波片组合构造了等效可转线性半波片和四分之一波片.提出由可变延迟波片按可转波片控制算法设计偏振控制器,以避免可变延迟波片偏振控制器所需的复位重置过程.仿真结果显示,按此构想得到的四波片控制器,能把任意偏振态转换为固定线偏振输出,其光强波动小于1%,相移范围不超过2π,控制过程不需要附加复位操作,其相移变化平缓.     

利用1/4波片调整左、右旋偏振光的理论研究

首先利用斯托克斯矢量法分析了一束自然光通过起偏器和 1/ 4波片后的偏振态 ,指出了出射光偏振态变化的原因 ,然后将起偏器和 1/ 4波片二者之一固定 ,转动另一器件来分析出射光的偏振态变化 ,找出了出射光是左旋偏振光还是右旋偏振光的分界点 ,并由此推导出了将左 (右 )旋偏振光调为右 (左 )旋偏振光的新方法