晶体光轴取向和厚度对双光楔消偏器性能的影响

在消偏器工作原理的基础上,利用米勒矩阵和斯托克斯矢量,建立消偏器结构参数与光学系统偏振敏感度的一般关系。借助数值分析,当两楔形晶体光轴夹角为90°时,消偏器具有优良的消偏性能,并且光轴取向下时调整晶体厚度可进一步减小光学系统偏振敏感度。以光栅成像光谱仪为例设计消偏器,给出其性能评价。     

适用于单色脉冲光的新型双光楔晶体退偏器

针对单色脉冲光的退偏振应用,对传统双折射晶体退偏器存在的局限性进行分析,提出了一种新型的双光楔晶体退偏器。此退偏器由2个光轴互相成π4并设计成特殊楔形的石英晶体光楔组成,理论计算结果表明此退偏器能对单色脉冲光完全退偏。基于光学设计软件(A SAP)对所设计的退偏器进行了仿真计算,结果表明经此退偏器退偏后的出射光偏振度P0.001 26。此退偏器的特点是对于任意偏振态的单色入射光都能实现有效的退偏,也适用于对准单色光进行退偏,且退偏效果与时域无关。     

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.     

Loyt光纤消偏器的原理及性能分析

本文运用琼斯矩阵和相干矩阵的方法分析了Loyt光纤消偏器的原理,讨论了消偏器的结构参数误差对其消偏性能的影响.对分析的结果作了计算仿真,得到消偏器的消偏性能与其结构参数误差间的定量关系.     

宽谱段成像光栅光谱仪消偏器的设计

随着宽谱段高分辨率光谱仪在海洋空间遥感领域的广泛应用,其前置消偏器的设计要求越来越高。为满足成像光谱仪的要求,利用矩阵光学的原理,对应用最为广泛的Lyot消偏器,从残余偏振度的公式出发,对其与晶体楔角和厚度的关系进行数值分析,结合残余偏振度和光学系统分辨率的要求提出了用于宽谱段光谱仪消偏器参数的设计方法。运用该设计方法对400~950nm宽谱段成像光栅光谱仪消偏器进行设计,在全波段范围内,光谱分辨率为4nm时,对任意偏振态的线偏光,消偏器的出射光的残余偏振度均小于2%。     

一种用于大气超光谱探测的异型双H-V消偏器

高精度的大气探测光谱仪应用十分广泛,但是由于太阳发出的自然光与大气作用后所产生的(部分)偏振光会影响设备的探测精度,所以该类光谱仪通常需要去除入射光的偏振影响。论文针对大气超光谱成像探测设备的消偏需求,提出了一种新型的双H-V(horizontal-vertical)消偏器。由于晶体的双折射结构在光学原理上可以产生消偏效应,所以消偏器材料通常为双折射晶体,但是该结构同时又会产生双像,从而降低光谱仪的成像质量。针对此问题,结合该大气超光谱探测设备中空间维像元合并的特点提出了一种异型双H-V消偏器。它不同于传统双H-V消偏器中两子H-V楔角相等的结构,所提出的异型双H-V消偏器两个子H-V楔角不同,从而使其在光谱维及空间维对应不同的双像距,在满足退偏度要求的同时保证了成像质量,很好的解决了高消偏度与高成像质量之间的矛盾。论文详细阐述了消偏器的设计方案,并针对消偏效果与成像质量进行了分析,消偏器的退偏率优于98.8%,并且在空间方向双像所占像元数仅为合并像元的8.7%。     

极紫外微通道板光子计数成像探测器性能研究EI北大核心CSCD

基于CE-3极紫外（EUV）相机最高工作温度为70 ℃的要求,对EUV相机的微通道板（MCP）位置灵敏阳极光子计数成像探测器实验件在70 ℃时的性能进行了研究,该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的MCP堆、楔条形感应电荷阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。为了获得稳定的MCP堆电子增益及较小的暗计数率,对MCP堆进行了预处理,包括380 ℃条件下真空高温烘烤18 h,以及电子清刷100 μA·h,并测量了预处理前后暗计数率;测量了探测器工作在室温和70 ℃时的暗计数率、空间分辨率、增益,测量结果表明探测器的空间分辨率为5.66 lp/mm,与室温下空间分辨率相同,暗计数率虽然小于1 counts/（s·cm2）,但70 ℃暗计数率是室温的2~5倍;对探测器的使用寿命进行了初步分析。实验结果和分析表明探测器在空间分辨率、暗计数率、使用寿命等方面均满足EUV相机的要求。     

自由曲面校正光学系统像差的研究EI北大核心CSCD

利用条纹泽尼克多项式来表征自由曲面的光学元件,并将多项式中表示初级球差、彗差、像散项转换为矢量形式.利用矢量波像差理论,研究了自由曲面光学元件校正光学系统初级像差的特性.通过分析可知,自由曲面在光学系统中不同位置时所校正的像差特性不同.当自由曲面位于光学系统的孔径光阑(入瞳或出瞳)上可以校正光学系统全视场内为常数的初级像差;当自由曲面远离孔径光阑时,由于轴外视场成像光束口径的缩放与偏移,自由曲面可以校正非对称初级像差,且不同初级像差与视场依据关系不同.     

基于Q-type非球面的电子内窥镜物镜光学系统设计EI北大核心CSCD

采用具有"负-正"形式的反远距结构作为初始结构,利用Q-type非球面设计了一款工作在可见光波段的电子内窥镜物镜(EEO)光学系统,其全视场为110°,焦距为1 mm,F数为3.3,最大通光孔径为3 mm,系统总长为7.89mm。该光学系统由6片透镜组成,包括两组双胶合透镜和一片两面均为Q-type非球面的镜片。设计结果表明,在奈奎斯特空间频率143lp/mm处的调制传递函数(MTF)高于0.4,接近衍射极限。为验证Q-type非球面在EEO系统设计中的优越性,在相同计算平台与结构参数下设计了一款包含幂级数(PS)非球面的EEO系统,对两者进行了分析比较。结果表明,Q-type非球面具有更强的系统像差校正能力,且有利于提高系统的优化设计效率;设计得到的Q-type非球面与其最接近球面之间的偏离量非常小,有利于提高非球面光学元件的加工效率与检测精度,降低成本;同时Q-type非球面EEO系统的装配敏感性更低,有利于提高系统的装配效率。     

与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器

消偏器是光纤传感器、光放大器等偏振敏感性光学系统中的关键器件,用于减小输入光的偏振度(DOP).设计了一种与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器,该器件中利用人为的偏振相关延迟代替了保偏光纤的双折射,并在偏振相关型消偏器前增加了一个1/4波片,从而对任意方向振动的线偏振光具有相同的消偏能力,结构紧凑.对消偏性能随波片阶数、入射光中心波长和振动方向的变化作了数值计算.实验中采用半峰全宽为0.13 nm的光源,入射线偏振光在任意方向振动时,输出光偏振度小于2.6%,消偏器的插入损耗为0.6 dB,损耗起伏小于0.11 dB.实验和数值计算结果表明,该消偏器具有低偏振度、低插入损耗和适合于宽光谱应用的优点.     

保偏光纤和偏振器对传输光光谱的影响

保偏光纤和偏振器的参数以及它们之间的连接角度对传输光的光谱特性有重要的影响。利用琼斯矩阵建立了光波的传输模型,首次讨论了光波偏振度、光纤长度、光纤之间以及光纤与器件之间的对轴角度等对输出光谱的影响。研究表明,当光纤之间或光纤与器件之间的对轴角度不为零时,完全非偏振光的输出光谱形状不会发生改变,而偏振或部分偏振光波的输出光谱中叠加了周期函数。对轴角度一定时,光纤越长,周期函数的周期越小;光纤长度一定时,在一定的范围内,对轴角度越大,周期函数的幅值越大。通过实验对结论进行了验证。结论对采用保偏光纤和偏振器的系统具有理论指导意义。     

与人射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器

消偏器是光纤传感器、光放大器等偏振敏感性光学系统中的关键器件,用于减小输入光的偏振度(DOP)。设计了一种与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器,该器件中利用人为的偏振相关延迟代替了保偏光纤的双折射,并在偏振相关型消偏器前增加了一个1/4波片,从而对任意方向振动的线偏振光具有相同的消偏能力,结构紧凑。对消偏性能随波片阶数、入射光中心波长和振动方向的变化作了数值计算。实验中采用半峰全宽为0．13 nm的光源,入射线偏振光在任意方向振动时,输出光偏振度小于2．6%,消偏器的插入损耗为0．6 dB,损耗起伏小于0．11 dB。实验和数值计算结果表明,该消偏器具有低偏振度、低插入损耗和适合于宽光谱应用的优点。     

起偏器参量对光学电流传感器性能的影响

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析、计算机仿真和实验研究的方法,考察了偏振片的消光比和预偏角误差对光学电流传感器输出特性的影响.研究结果表明,上述偏振片参量均可在光学电流传感器的输出中引入直流分量,并使尺度因子发生一定的改变.当最终输出信号用交流电表度量时,输出信号中引入的直流分量可被交流电表中自带的隔直电容滤除,尺度因子的改变可用后续信号处理电路中的放大单元矫正.本研究结果可为光学电流传感器的设计人员提供有用的参考.     

光谱型椭偏仪精确表征非晶吸收薄膜的光学常数EI北大核心CSCD

采用光谱型椭偏仪(SE)和分光光度计分别测量了超薄类金刚石(DLC)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜的椭偏参数(y和D)和透射率T。由于薄膜的厚度与折射率、消光系数之间存在强烈的相关性,仅采用椭偏参数拟合,难以准确得到薄膜的光学常数。如果加入透射率同时进行拟合(以下简称SE+T法),可简单、快速得到薄膜的厚度和光学常数。但随机噪声、样品表面的轻微污染或衬底上任何小的吸收都可能影响SE+T法拟合的光学常数的准确性。因此将SE+T法和光学常数参数化法联用,实现DLC、a-Si薄膜光学常数的参数化,以消除测量数据中的噪声对光学常数的影响。结果显示,联用时的拟合结果具有更好的唯一性,而且拟合得到的光学常数变得平滑、连续且符合Kramers-Kronig(K-K)关系。这种方法特别适合于精确表征厚度仅为几十纳米的非晶吸收薄膜的光学常数。     

起偏器对反射式光纤电流互感器的影响分析

为了单独研究起偏器,假设其余器件均为理想器件;以琼斯矩阵作为数学工具,建立了各器件的矩阵表达式,并推导了起偏器不完备影响下的干涉结果表达式。理论分析了起偏器的消光比和其尾纤熔接角度对系统的影响,并做了仿真。结果表明:对于闭环处理的系统来说,选择合适参数的起偏器并做好尾纤的熔接工艺,可减小起偏器的不完备对系统造成的影响。这对光路误差的分析和结构的改进有一定的理论意义。     

光子晶体负折射材料中缺陷对成像质量的影响EI北大核心CSCD

利用硅介质柱在空气中周期性排列构成六角结构的光子晶体平板,并在晶体平板中引入不同构型的缺陷,通过改变缺陷介质柱的半径和缺陷中心位置探讨引入缺陷对成像质量产生的影响。时域有限差分法模拟结果表明:介质柱半径和位置的改变,能使光的透射率提高,增加像方的强度。由于缺陷的引入,缺陷之间的相互干扰会降低成像的分辨率。     

掩模衍射频谱轴向分量对光刻成像性能的影响EI北大核心CSCD

传统三维光刻矢量成像模型中将投影系统物方电磁场表示为二维形式,实现方式分为两种:采用局部坐标和忽略掩模衍射频谱的轴向分量。后者在浸没式光刻系统仿真中的适用性需要进一步分析。简述了忽略掩模频谱轴向分量的矢量成像模型和引入该分量的全光路三维光刻矢量成像模型,利用这两种模型和商业仿真软件,研究了掩模衍射频谱轴向分量对光刻胶中成像特征尺寸的影响并对结果进行了讨论。研究结果表明,相干照明和部分相干照明条件下,掩模衍射频谱轴向分量对光刻成像的影响随着数值孔径的变化趋势存在较大差异。这说明相干照明下的分析结论并不适用于部分相干照明条件,且只有全光路三维矢量成像模型才能满足浸没式高分辨光刻仿真的要求。     

Sagnac效应对光纤时间传递精度的影响分析EI北大核心CSCD

分析了光纤时间传递中Sagnac效应产生的原因,详细推导了地球表面任意两点间Sagnac效应授时误差的计算公式,仿真研究了Sagnac效应对光纤时间传递精度的影响。结果表明,Sagnac效应授时误差取决于光纤的纬度及其轨迹,当进行长距离时间传递时其误差值可能达到纳秒量级,必须对Sagnac效应进行精确的时延补偿或校准。     

光源带宽对基于光纤色散的光学相关器影响的研究EI北大核心CSCD

随着光通信系统传输速率的提高,尤其是光分组交换网络的使用,光的相关检测技术将在未来的通信领域(包括IP路由等)中发挥越来越重要的作用。从基于光纤色散的光学相关器基本原理出发,采用理论分析和数值仿真两种方法比较了不同带宽光源对光学相关器性能的影响,分析了光源随机相位噪声向幅度噪声转化的问题,得到了幅度噪声与光源带宽的关系,以及光源带宽不同时光学相关器输出的信噪比变化。根据仿真结果得到,基于非相干光源的光学相关器,能对速率为10Gb/s的8位和16位码元数据流进行高速相关检测,而32位的码元数据流仅能采用相干光源进行检测。此外,还对非相干光源在模拟信号的相关检测中的应用进行了探讨。     

湍流对椭圆偏振激光传输中偏振特性的影响分析EI北大核心CSCD

根据推广的惠更斯-菲涅耳原理和Rytov相位结构函数二次近似,推导出高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中交叉谱密度矩阵的表达式,研究了湍流对椭圆偏振高斯-谢尔模型光束传输中的偏振特性影响,并与部分偏振高斯-谢尔模型光束进行了对比分析.结果表明,相对于部分偏振高斯-谢尔模型光束,椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中偏振度、方位角以及椭圆度的变化受湍流的影响较小.同时得到椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气斜程传输中偏振度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的小,而方位角和椭圆度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的大.