消偏振分光鏡的設(shè)計(jì)與特性分析.pdf

1、當(dāng)光線傾斜入射時(shí)，膜層不可避免地會產(chǎn)生偏振效應(yīng)，尤其是封閉在膠合棱鏡內(nèi)的膜層更是如此。在很多實(shí)際應(yīng)用中，這種偏振效應(yīng)是有害的，因此必須消除。迄今為止，能夠在振幅和相位兩個(gè)參量都達(dá)到消偏振效果的消偏振分光棱鏡(Non-polarizing Beam Splitters：NPBSs)尚未見報(bào)道，消偏振分光鏡反射相移的問題一直被忽視。此外，目前見于報(bào)道的相關(guān)研究多集中于可見光波段，但隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于紅外波段的NPBSs的工程需求日

2、益增長。目前的研究狀態(tài)顯然不能滿足工程實(shí)際的需求。第三，目前已見報(bào)道的NPBSs的光譜帶寬最多到200nm，遠(yuǎn)不能滿足某些工程需求。論文針對上述三個(gè)問題開展了研究與探索，因此論文的選題具有一定的理論意義和重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 論文詳細(xì)地綜述了消偏振膜系的研究發(fā)展和多種消偏振技術(shù)手段，特別是Gilo的消偏振分光器設(shè)計(jì)思想；利用特征矩陣計(jì)算方法，對可見波段的消偏振膜系進(jìn)行了驗(yàn)證，為紅外消偏振分光膜系的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 論文重

3、點(diǎn)研究了NPBS的相位特性，設(shè)計(jì)出了振幅和相位兩個(gè)參量都達(dá)到要求的NPBS；探討了將工作波長外推至紅外波段的設(shè)計(jì)方法并成功地提出了6種設(shè)計(jì)方案；探討了拓寬NPBSs帶寬的設(shè)計(jì)方法并實(shí)現(xiàn)了具有300nm譜寬的NPBSs設(shè)計(jì)。 論文所作的研究工作總結(jié)如下： 1．設(shè)計(jì)了分別以ZF—7玻璃、K9玻璃為基底材料的新型紅外波段消偏振膜系。根據(jù)受抑全反射原理設(shè)計(jì)的消偏振膜系及金屬—介質(zhì)消偏振膜系可以滿足分光比消偏振的要求，但是反射相移

4、有些偏大。 2．首次研究了非對稱結(jié)構(gòu)的NPBS，提出了2種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用Needle法對膜系進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后2個(gè)偏振分量都實(shí)現(xiàn)了50％反射、50％透射的目標(biāo)，且其偏差不超過2％，帶寬為20nm。分析了硫化鋅(ZnS)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)構(gòu)成的NPBS的性能，分析了入射角、膜材料折射率的改變對消偏振性能的影響。 3．在分析了受抑全反射的相位特性的基礎(chǔ)上，提出了基于受抑全反射原理的消偏振條件新

5、的分析方法，設(shè)計(jì)了超寬波段NPBS。由K9玻璃和氟化鎂(MgF2)構(gòu)成的NPBS在400nm—700nm之間p—分量、s—分量的反射率與目標(biāo)反射率50％的偏差均小于2％，但600nm處p—分量的反射率和s—分量的反射率之間偏差超過了2％，為2.30％，此設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是膜系的層數(shù)較少，膜系僅8層。 4．文中最后研究、設(shè)計(jì)了金屬—介質(zhì)膜的NPBS，給出了全新的可見光波段和紅外波段2種消偏振膜系設(shè)計(jì)方案?？梢姴ǘ蜰PBS消偏振帶寬

6、達(dá)100nm，在分光比和反射相移2個(gè)方面都達(dá)到了消偏振的效果：紅外波段NPBS的反射相移完全滿足式我們所要求的目標(biāo)，2個(gè)分量之間的反射率偏差在1260nm附近較大，為2.169％，2個(gè)分量的反射率與目標(biāo)反射率之間的偏差都小于2％，基本都滿足設(shè)計(jì)要求。滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的消偏振帶寬達(dá)80nm，在分光比和反射相移2個(gè)方面均已達(dá)到了消偏振的效果。 根據(jù)正交共軛反射鏡電流傳感器研究的實(shí)際需要研制出了紅外NPBS，實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果為分光比接近1：1