三元复合式消色差λ/4波片的优化设计

复合消色差波片，因其延迟量在一定波长范围内不随波长变化，克服了常规延迟片只能用于单一波长的缺点而被广泛应用到通信、生物、地质、航空、航天、海洋等领域。根据复合波片理论，完成了同种材料三元复合式消色差λ／4波片的设计理论；推导出消色差延迟片延迟量随波长变化的理论曲线；进而在平板型三元复合式消色差λ／4波片的设计基础上提出了一种优化设计方案。理论证明，依据此方案根据具体的使用要求，通过精确调整复合角度，可使波片的消色差范围在相同延迟偏差下拓宽130～140nm，消色差精度也能得到相应的提高。为进一步拓宽消色差范围、提高复合波片的消色差性能奠定了很好的理论基础，而且技术操作简练可行，具有一定的实用价值。     

三元复合式消色差λ／4波片

本文用同一波长（670nm)的2个λ／4波片和1个λ／2波片组合成复合λ／4波片,从理论及实验证明复合的λ／4波片在400nm-900nm的光谱范围内是消色差的。该三元复合式消色差λ／4波片与我所研制的二元复合式消色差λ／4波片相比,消色差的光谱范围变宽,偏差变小,可控制在2％以内。     

红外波段三元消色差复合波片的新设计

为了设计消色差性能优良的三元复合波片,根据复合波片原理,利用matlab软件计算出复合角度,然后再通过此软件进行仿真实验并进行误差分析.本文以800nm至1000nm为例,设计出的λ/2和λ/4的石英复合波片,具有较高的延迟精度.此方法为进一步拓宽消色差范围、提高复合波片的消色差性能奠定了很好的理论基础,而且此方法简练可行,具有一定的实用价值.     

基于蚁群算法的石英λ/4消色差复合波片优化设计

为了设计消色差性能优良的三元复合λ/4波片,根据复合波片原理,利用蚁群算法对三元复合波片进行了优化设计,即通过改变三波片的厚度和精确调整复合角,使消色差范围拓宽到500nm,相位延迟偏差在0.81％左右.这种优化设计对于拓宽消色差范围,提高延迟精度具有实用价值.     

近红外波段温度不敏感消色差四分之一波片的设计

为设计近红外波段温度不敏感的消色差四分之一波片,在复合波片理论的基础上,引入了温度效应的影响.通过加入自然选择的粒子群算法对三元复合消色差石英波片进行了优化设计.结果表明:在温度在0～80℃之间变化时,消色差波长范围为2 100 nm～2 500 nm的四分之一复合消色差波片对温度不敏感,且最大相位延迟量相对误差不超过1.7％,满足设计要求.     

三元复合式消色差λ/4波片使用范围的再研究

为了精确得到三元结构的λ/4消色差复合波片的消色差范围,采用数学解析的方法进行了理论分析,并在中心波长600nm处进行实验,得到偏差在2%以内的光谱范围大约为540nm～680nm.结果表明,其消色差范围只在中心波长的附近,这一结果对实验中棱镜的选用是有帮助的.     

消色差λ/4波片

让某一波长的λ/4波片和λ/2波片的两快轴的夹角成60°,组成复合λ/4波片,则该复合片在该波长附近是消色差的.     

红外复合宽带波片的研制

波片延迟片是光学系统中常用的一种重要光学器件。通常所指的λ/2和λ/4波片是对某特定波长而言的 ,当光波波长偏离该特定波长时 ,其位相延迟量也将随之发生变化。在光谱整形、激光调谐和光通讯等领域中经常使用宽带波片 ,它在一定带宽内的延迟量是相同的。国内大多数的厂商一般只能生产单波段波片 (带宽仅± 4 0nm) ,本文用计算机仿真设计了红外宽带高精度复合波片 ,采用石英晶体材料加工出来的复合波片性能与设计指标符合得较好。波片适用范围为 12 0 0～ 16 5 0nm ,中心波长为 1390nm ,λ/2 波片的位相延迟量范围为 180 .0°± 3.6°,λ/4波片的位相延迟量范围为 90 .0°± 3.6°,即相位延迟误差λ/10 0。     

高精度菱体型消色差延迟器的双波长设计

为了提高菱体型消色差延迟器件的消色差精度,当光以两个波长设计点入射时,根据光的折射定律,并采用全内反射角θ和折射角r之和为固定值的方法,进行了双波长设计的理论分析。由于延迟误差为正负偏差,整个光谱区域内在两个波长设计点延迟量为90°,同时设计时对两个波长设计点的选择进行了优化,使λ/4相位延迟器的消色差精度大大提高。用LaK2玻璃对λ/4相位延迟器在360nm～1160nm的光谱区域内进行设计,取得了最大延迟误差小于0.02°的数据。结果表明,与其它两种设计方法相比,该方法不仅设计理论简化,而且具有更高的消色差精度。这一结果对设计高精度消色差延迟器是有帮助的。     

1300nm-1600nm消色差四分之一波片的二元设计

随着激光技术的发展,偏光器件也越来越得到广泛的运用,消色差波片就是其中用的较多的偏光器件之一。目前激光技术中对消色差波片的要求越来越多,为了适应这种要求,进一步提高消色差波片的性能,减少它的误差,以得到更好的应用。本文通过λ/4和λ/2两个复合石英波片的进行组合的方式,基于琼斯矩阵理论,得出组合后的等效相位延迟量及波片方位之间的关系;借助matlab软件进行模拟仿真和分析,最终实现了1300nm至1600nm这个近红外波段的消色差1/4波片的设计。此设计具有精度高,波长范围宽、选材容易及制作较简单等特点,而最大误差只有0.17%,这对光通信应用是一个不错的选择,此分析方法也为制造出其它材料的性能优良的消色差波片提供了较好地理论依据和一定的参考价值。     

消色差复合宽带太赫兹波片的优化设计

采用模拟退火算法设计了0.2～2.0THz和0.2～3.0THz两个波段下的消色差复合太赫兹λ/4波片,在0.2～2.0THz波段内实现了波片相位延迟偏差小于2%,在0.2～3.0THz波段内波片相位延迟偏差小于4%。系统分析了不同石英玻片个数对消色差复合太赫兹波片的消色差性能以及厚度和损耗等关键参量的影响。分析表明,随着石英玻片个数的增加,波片的消色差性能也会变好,在相应太赫兹波段相位延迟失谐量也随之减小;但同时,波片的厚度也随之增加,导致对太赫兹波的损耗增加。在0.2～2.0THz和0.2～3.0THz范围内,太赫兹λ/4波片采用5个玻片为最佳,此时可以获得较好的消色差性能,同时波片的厚度和损耗也在可实际应用范围内。     

消色差λ／4波片

让某一波长的λ／４波片和λ／２波片的两快轴的夹角成６０°，组成复合λ／４波片，则该复合片在该波长附近是消色差的。     

双激光波长1/4、1/2波片设计

为了使单晶片双折射晶体波片适用于两个激光 波长,根据双折射晶体相位延迟器的 原理,得到了波片厚度与两个激光波长所需延迟量的关系式,给出了具体的设计方法。针对 650nm与780nm两个激光波长制作了样品,进 行了实验测试,结果表明:无论是双1/4波 片还是650nm 1/4nm 1/2波片,延迟量的偏差均小于3°,与理论值相符。若不计较 波片 的厚度,仅就设计而言,完全可以得到高精度的双激光波长1/4、1/2 波片。由此可见,根据本 文得到出的设计原理与设计方法,完全可以用常规双折射晶体波片的制作方法得到适用于 两个激光波长所需延迟量的波片。     

高精度菱体型消色差延迟器的优化设计

为了提高菱体型消色差λ/4相位延迟器的精度,采用使λ/4相位延迟器的延迟误差为正负偏差和在设计时选择较大的折射率的方法,对延迟器件进行了理论分析和实验验证,取得了设计高精度λ/4相位延迟器的数据。结果表明,设计的延迟器件在350nm～2000nm的光谱范围内延迟量两次为90°,且最大延迟误差小于0.04°。与常规设计的延迟器件相比,新设计的延迟器件不仅可以扩大消色差范围,而且还可以大大提高消色差精度。这一结果对设计高精度λ/4相位延迟器是有帮助的。     

自校准法测量波片相位延迟

在旋转补偿器椭偏仪(RCE)的基础上,提出了一种自校准的波片相位延迟测量方法。该方法将补偿器的相位延迟作为未知参数,根据Mueller矩阵理论建立了4个非线性方程,求解得到待测波片的相位延迟;实现了补偿器相位延迟的自校准,消除了其定标不准确带来的系统误差,尤其适用于多个波长的波片延迟测量。在此基础上建立了一套波片延迟测量系统,并分析和模拟了各种主要的误差源对系统测量精度的影响。结果表明,对于任意延迟的波片,测量系统最大的系统误差和随机误差分别为0.036°和0.040°。此外,使用该方法分别测量了λ/4波片、λ/2波片、127°波片和空气(不放入任何样品)在波长517.3、525.0、532.4nm处的相位延迟以评估测量系统的性能,其中空气的相位延迟代表测量系统的测量精度,与模拟结果基本一致。     

二元复合波片退偏器的研究

为了研究二元复合波片的退偏性能,采用了理论和实验相结合方法,对不同的波片复合后的米勒矩阵形式进行了理论分析和实验验证.结果表明,让两波片以不同的角速度绕光线为轴旋转,当复合波片为一个λ/4波片和一个λ/2波片组合时,只要它们的角速度满足一定的比例时,可以组合成一个比较理想的退偏器;当复合波片为两个λ/4波片组合或为两个λ/2波片组合时,无论怎样旋转都不能组合成理想退偏器.理论和实验相符合.这对指导二元复合波片退偏器的制作和在激光工程中应用具有参考意义.     

扭曲向列相液晶在复合消色差延迟器件中的应用

借助琼斯矩阵对扭曲向列相(TN)液晶的光学性能进行了分析,发现在外加电压调制下的TN液晶盒,在选取的液晶厚度合适时,可等效为对应液晶厚度的特定波长λ/2波片,通过合理的设计搭配,与两个λ/4波片进行组合,使其整体作为一个偏振调制元件。经计算可知,当所加电压大于TN液晶盒转向的阈值电压时,其作用相当于一个消色差的λ/4波片或λ/2波片;当撤掉外加电压时可作为一般的90°旋光器。     

消色差复合片补偿器

给出一种特殊复合延迟片——消色差复合片补偿器。改变入射线偏光的振动方位角,便可改变补偿器的延迟量,而且在一定波长范围消色差。调整简单,精度高。     

菱体型消色差延迟器的新设计

为了改善菱体型延迟器件的消色差性能,扩大材料的选择显得非常必要。根据光在介质表面全反射时发生相变这一原理,分析了菱体型消色差延迟器件,得出折射率设计点n与对应的结构角θ两者关系的规律,随着折射率设计点n的增大,虽然dn/dλ增大,但是dδ/dn却迅速减小,因此高折射率的材料可能有更好的消色差性能。结果表明,低折射率的材料熔石英相位延迟在350nm～1240nm的光谱区域内的最大延迟误差小于1.32°,而高折射率的材料LaK2玻璃相位延迟在此区域内的最大延迟误差却小于0.95°。高折射率的材料比低折射率的材料有更好的消色差性能。     

复合1／4波片的等效理论及其应用

1/4波片和1/2波片是激光技术中用于激光偏振态变换的关键器件.通常人们使用的1/4波片和1/2波片大部分是由云母劈裂而成的,但是要把云母劈裂成具有严格正确的厚度是比较困难的.对于满足一定条件的两任意延迟量的波片所构成复合波片系统,当快轴之间的夹角为某一特定值时,就可以代替单1/4波片实现从线偏光到圆偏光的变换.本文根据偏振光矢量的琼斯矩阵理论,对这种复合1/4波片的工作特性进行了分析,结果表明对偏振态的变换作用可等效于一旋光器和一单1/4波片的组合.由于波片和旋光器的琼斯矩阵都是幺正矩阵,依据幺正矩阵的性质,推导出了复合1/4波片中等效旋光器的旋转角和等效单1/4波片的快轴取向角的表达式,这就为复合1/4波片的推广应用以及其对偏振态变换的分析带来极大帮助,并给出了处理此类问题的一般方法.借助于我们的等效理论,采用不同材料的两任意延迟量的波片,可望设计出全新的消色差复合1/4波片.(OG24)