光学薄膜中的偏振效应

介绍了薄膜偏振效应的基本理论.光学薄膜在光倾斜入射时可等效为一线偏振器和一位相延迟器,这一特性可以用琼斯算法进行描述.利用薄膜的这一特性可以消除光学系统中不想要的偏振效应以保持光的偏振状态,也可以用来制作薄膜位相延迟片.用琼斯算法对YAG激光用全反射角立方反射镜的偏振特性进行了分析,并利用薄膜的偏振特性设计了两膜系对其进行了补偿;最后对一全介质高反射膜的相移特性进行了分析和优化设计,得到了一偏振保持高反射膜.     

基于偏振干涉滤光片的宽波带偏振方向旋转器的设计

首次提出了基于偏振干涉滤光片设计方法的宽波带偏振方向旋转器。该旋转器实现了 380 nm～ 780 nm全波长范围内的偏振方向旋转。与普通的只针对某一特定波长的半波片相比 ,该偏振旋转器特性大大超越了普通 1 /2波片 ,并且入射角在± 2 0°范围仍实现偏振方向旋转 90°的要求。将该偏振方向旋转器用作 LCD或 LCOS投影仪中的偏振转换器 ,将大大提高系统的光能利用率以及投影系统的对比度。     

大功率CO2激光器薄膜λ/4波片的制备及薄膜位相延迟的初步研究

作为光束均值器,λ/4波片是大功率CO₂激光加工机中的关键部件。多层膜反射镜（包括内反射和外反射）,在倾斜入射时,两个偏振分量会产生不同的相移,因此可用计算机优化设计出特定位相差的膜系。本文的目的是设计10.6μm的90°相位膜,它的作用就象四分之一波片。与传统的波片相比,它的优点是可以适用于任何波长,具有高的位相精度和大的孔径。文中提出了两种设计方法,并报告了制备技术、实验结果及误差分析。     

近红外消偏振反射镜的设计与制备

设计并制备了一种在45°斜入射条件下使用的金属Ag消偏振反射镜,这种反射镜可以实现对目标波长810nm和850nm光线的反射,并保持线偏光的偏振方向和偏振消光比。为了消除s和p两偏振分量的分离,在金属Ag膜层上方添加了介质多层膜结构,并利用软件对膜系的结构进行了优化,设计结果的能量和相位特性满足目标需求。介质多层膜选用TiO2和SiO2分别作为高、低折射率材料,薄膜的制备采用了离子束辅助沉积工艺,并利用石英晶体振荡监控膜层厚度。得到了消光比达到10000∶1以上的样品,实现了光学薄膜器件对能量和相位的控制,满足了偏振编码空间光通信试验的需求。     

激光制导中偏振态动态检测技术研究

研究了激光制导中弹体旋转或光场时变与光速偏振态间的关系,在对偏振光信号特征参数分析的基础上,介绍了一种动态检测光偏振状态的方法,采用特定的相位延迟器及差和比的数据处理方式,可以消除测量装置与偏振光相对旋转的影响,并利用琼斯矩阵法分析了这一工作原理.研制的测量装置能实时给出偏振光的旋向和椭圆度.实验结果表明,相对旋转对偏振态测量的影响确实可以消除.     

斯密特棱镜偏振特性的Mueller矩阵法分析和检测

斯密特棱镜的偏振像差导致了成像质量的下降,对斯密特棱镜偏振像差的矫正效果的定量检测成为当务之急。Mueller矩阵法不仅可以用于斯密特棱镜偏振特性的分析,而且可以作为斯密特棱镜偏振特性的表征和检测对象。采用双旋转延长器的结构,通过两个四分之一波片的周期变化,对入射光的偏振态进行调制,用傅里叶级数法计算出斯密特棱镜Mueller矩阵元,经分析计算和实验检测,得到其对应两路径的位相延迟差和双向衰减率都明显不相同。用双向衰减率和位相延迟差表征斯密特棱镜的偏振像差,数据直接来自Mueller矩阵,直观、便捷是其最大的特点。     

光纤电流传感器的延迟光纤偏振串音误差

为了减小保偏延迟光纤偏振串音对光纤电流传感器测量精度的影响,利用琼斯矩阵研究了全光纤电流传感器的偏振耦合误差。简化了保偏延迟光纤的偏振串音模型,并基于简化模型得出了保偏延迟光纤偏振串音与输出的关系。通过理论仿真分别分析了在常温和变温条件下偏振串音对传感器变比的影响。对比实验结果与理论分析结论,验证了简化的偏振串音模型的合理性和仿真结果的正确性。测量了实际保偏延迟光纤偏振串音的温度特性,结果表明:在延迟光纤存在一定偏振串音时,光纤电流传感器的变比误差随电流的增加而增大;电流一定时,延迟光纤串音越高,光纤电流传感器的变比误差越大。最后,给出了满足光纤电流传感器0.2S级误差要求时延迟光纤偏振串音的允许波动范围。     

高度局域线偏振时空光涡旋的生成方法

携带横向轨道角动量的时空光涡旋是一种新型光脉冲波包,受到越来越多的关注。本文报道一种经过高数值孔径透镜聚焦,在透镜焦平面上产生偏振态可控的线偏振时空光涡旋的方法。为克服聚焦透镜对入射时空涡旋产生的时空像散效应,需对入射时空波包作预劈裂处理。基于Richards Wolf矢量衍射公式仿真了不同偏振态下的高度局域时空涡旋的三维时空场分布,并对其强度和相位特性进行了分析。生成的水平偏振、垂直偏振以及45°偏振高度局域时空涡旋证明了本文所提方法的有效性。     

天空偏振光测量系统的设计

根据一束光的偏振特性可以由斯托克斯矢量来表征的原理,设计搭建了一种天空偏振光测量系统。该系统由计算机、赤道仪、光纤光谱仪和配备了可旋转偏振片的改进式天文望远镜组成,在400~900 nm的光谱分辨率为1.4 nm。赤道仪经过标定后可以实现0~180°方位角以及0~90°高度角的调整,角度分辨率为2.5°。系统的光学全视场为4.5°,使用该系统可以测量全天空的光强辐射度、偏振度以及偏振方位角。由标定结果可知,系统光强测量的重复率在450~500 nm为99%,在500~900 nm为(95±3)%;在400~750 nm偏振度测量误差＜2%,在475 nm处达到1.2%。偏振方位角的测量误差＜2°。     

分光棱镜型分振幅光度式偏振测量系统的研究

介绍了分振幅光度式偏振测量原理,并论述我们基于此种原理所建立的分光棱镜型分振幅光度式偏振测量系统的结构、定标和性能校验。文中提出了一种新的定标方法,应用一块位相延迟为非规整值的延迟器代替常规该类系统中使用λ／４延迟器,实现了对系统仪器矩阵定标的所有功能。     

光学薄膜消偏振技术及进展

光线倾斜入射时,膜层不可避免地会产生偏振效应。对于大部分实际应用,此现象带来的是系统性能的劣变,必须予以消除或减少。光学薄膜的消偏振是一个非常棘手的薄膜设计问题,目前仍然缺乏一种普遍适用的一般性方法。许多论文曾致力于这一问题的研究,文章较全面地叙述了这一领域研究过程中所提出的方法,包括单波长和宽波段的消偏振技术研究的现状和进展。这些方法可以在一定条件一定程度上取得比较好的消偏振效果,具有比较重要的理论意义。     

High-precision soft x-ray polarimeter at Diamond Light Source

The development and performance of a high-precision polarimeter for the polarization analysis in the soft x-ray region is presented. This versatile, high-vacuum compatible instrument is supported on a hexapod to simplify the alignment with a resolution less than 5 μrad, and can be moved with its own independent control system easily between different beamlines and synchrotron facilities. The polarimeter can also be used for the characterization of reflection and transmission properties of optical elements. A W/B(4)C multilayer phase retarder was used to characterize the polarization state up to 1200 eV. A fast and accurate alignment procedure was developed, and complete polarization analysis of the APPLE II undulator at 712 eV has been performed.     

A proposed design for a polarization-insensitive optical interferometer system with subnanometric capability

A bidirectional, fringe-counting, two-beam interferometer system is described that can be used for precision length measurement with any laser source that is adequately coherent for the application. The two electrical phase-quadrature signals required for bidirectional electronic counting are obtained from photodetectors at the two interferometer outputs. A thin metal film design for the beam-splitter coating introduces the required phase difference of nearly 90° for both the perpendicular and parallel polarization components. Electronic alignment and control are performed by a system used to continuously monitor the signals produced from the outputs and automatically process these signals to achieve the optimum performance from the interferometer. Interferometers using the technique require a limited amount of optical alignment and all of the electronic adjustments are automatically controlled by the electronic system. These instruments are economical to manufacture and easy to apply in practice, readily achieving subnanometric accuracy in the measurement of changes in optical path.     

极紫外宽带Mo/Si非周期多层膜偏振光学元件

研究了极紫外宽带多层膜偏振光学元件,包括反射式检偏器与透射式相移片。基于Mo/Si非周期多层膜结构,采用解析与数值优化相结合的方法进行了多层膜的设计;采用磁控溅射技术制备了多层膜。利用X射线衍射仪对非周期多层膜的结构进行了表征,利用德国BESSY-II同步辐射实验室的偏振测量仪对多层膜的偏振特性进行了测试。测量结果表明,在13~19 nm波段,s偏振分量的反射率高于15％;在15~17 nm波段,获得了37％的反射率。宽带多层膜同样可作为宽角偏振光学元件,在13.8~15.5 nm波段,宽带透射相移片的平均相移为41.7°。采用所研制的宽带多层膜相移片与检偏器,建立了宽带偏振分析系统,并对BESSY-II的UE56/1 PGM1光束线的偏振特性进行了系统研究。这种宽带多层膜偏振光学元件可以极大地简化极紫外偏振测量。     

基于等效层理论的薄膜滤光片中心波长消偏振膜系设计

针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗,本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100GHz信道间隔滤光片膜系结构,实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析,计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率,实现了不同偏振光中心波长的对准。然后,根据等效层理论,设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比,本文提出的膜系结构更为简单,对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明:该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准,偏振光波长偏离度小于0.03nm,波长调谐范围能达到35nm。     

Optical characteristics of thin film coating and measurement of its thickness

Theoretical analysis of the optical characteristics of thin film coatings was carried out. The relations of refractive index, phase change and film thickness were studied. As a result, a new optical method of measuring thickness of thin metallic coatings was developed. Further, the technique can also be used to find the refractive index of the thin film and the phase change of the light beam owing to being reflected from the coating. It is shown that the new method is very accurate for measuring the thin coating thickness. A specimen coating was tested with a polarised laser beam and the measured phase change falls between the reasonable range of 0 and π.     

一些硫属化合物非晶材料相变温度的测定

本文研究了一些硫属化合物非晶半导体薄膜的表面电阻随热处理温度的变化.有些薄膜加热到一定温度时表面电阻发生突降.一般降低4个数量级左右.表面电阻是否发生突降以及发生突降的温度随薄膜成分和制备方式不同而变.X射线衍射和透射电镜分析结果表明.薄膜在表面电阻突降温度发生了非晶态的相转变.此时温度称为相变温度.发生相变前后薄膜的反射率也发生较大变化.说明这些薄膜材料可作为光存储介质使用.     

干涉型分布式光纤传感系统抗偏振衰落性能研究

为了解决分布式光纤传感系统中常出现的偏振衰落现象,提高系统的稳定性,在分析了系统检测原理基础之上,基于单模光纤的双折射等效琼斯矩阵,建立了分布式光纤传感系统模型,明确了采用不同反射器件条件下,探测光强I与入射光偏振角度i的关系。通过试验证明系统采用旋转角为π/2的法拉第旋转镜(FRM)具有较好的抗偏振衰落特性。