双折射棱镜干涉光谱仪分光特性研究

分析了空间干涉光谱仪对空间分光特性的要求,即两干涉光束的光程差应该是某空间变量的线性函数,同时为了提高仪器的分辨率,最大光程差应该有尽可能大的值。为了得到满足上述条件的光学元件,对双折射棱镜中光波的传播特性进行了分析。并在不同的棱镜切割角条件下,当入射光束取不同入射点和不同入射角时,所形成的两光之间的光程差进行了计算机模拟,给出了相应的函数曲线。模拟结果表明在切割角不太大的条件下,光程差与入射点和入射角的关系具有较好的线性,只要相关的元件参数和空间变量选取的合适,也可以得到较大的最大光程差。     

偏振棱镜干涉光谱仪的色散特性研究

给出了Wollaston 棱镜中o 光与e 光的光程差以及光程差色散的表达式。通过曲线拟合和优化推出了方解石晶体的色散公式及色散率。在此基础上对光程差及光程差色散进行了计算机模拟。结果表明, 对方解石Wollaston 棱镜干涉光谱仪, 以入射位置为空间变量具有很好的线性, 以入射角为空间变量光程差线性稍差。而色散对方解石Wollaston 棱镜干涉光谱仪工作的影响主要在短波段(0 .4 ～ 0 .7 μm), 在长波段(0.7～ 1.16 μm)对色散的影响不大。     

Matlab对激光干涉纳米阵列的仿真与研究

纳米科技独特的魅力在于其纳米效应,而实现纳米效应的关键就是具有纳米结构,周期性纳米结构在高密度数据存储、光子晶体、MEMS和生物传感器中具有大量的应用。不同纳米阵列的研究吸引着各领域的研究人员。本文借助Matlab探究不同参数对多光束激光干涉光刻的影响,从两光束到六束光的干涉模拟中分析入射角、空间角、偏振角和相位差对干涉图案的影响,实现条纹阵列、点阵、孔阵以及发掘新型的蜂窝结构和微型齿轮等独特结构。模拟结构表明激光干涉光刻在实现传统纳米阵列和新型结构方面具有巨大的潜力。     

双缝干涉条纹特征分析

在杨氏干涉的常规分析中,为了简化推导过程,对光程差作了近似分析,得到干涉条纹等间距分布的结论,实验中往往出现不等间距的情况。应用编程精确计算干涉的光程差,通过调整双缝间距,得到了条纹间距逐渐变大的干涉图样。同时给出了在没有作任何近似条件下不同级次条纹位置的表达式,并得出干涉条纹不仅间距逐渐增大而且数目有限的结论。     

一种新的白光干涉谱数据处理方法

为了克服用极值法从白光干涉谱数据求解光程差存在的抗噪声能力差的缺点，提出了一种基于均方差最小意义下新的处理方法.该方法假定当光程差某个估计值与实际值最接近时，对应的干涉谱的均方差最小.首先对干涉谱测量值进行归一化处理，消除低频光强变化的影响，并用极值法求得光程差的初值，然后求归一化的干涉谱与基于初值的理想干涉谱之间的均方差，通过逼近法获得均方差最小时对应的估计值.数值仿真和实验结果表明，利用该方法处理白光干涉谱数据得到的光程差，不仅比极值法具有更高的数据精度，而且有效地提高了抗干扰能力.     

根据干涉色的变化测量反射面的形状

研究了定量测量物体外形的方法.在微分干涉显微镜载物台上放置平面镜和楔形微调器.通过微调101次,使得垂直入射的两束平行光反射后得到101次光程差.实验中使用白光光源,每获得一次光程差,依次插入31枚滤光片.经CCD摄象机便得到101个样本光谱分布,也就是假象的干涉色.利用部分空间法的数学原理,处理这101个样本光谱分布,建立部分空间上的色刻度尺.色刻度尺由部分空间上的101个色点组成.从试样表面反射的光带有表面形状的信息.未知光程差的干涉色点,投影到部分空间上,和色刻度尺比较便可确定光程差,可测量表面形状,测量精度为6.2 nm.     

实现两个点光源干涉的研究

提出了在迈克尔逊干涉仪上实现二实点光源干涉的方法，分析了其干涉状态及实验结果，得出三个结论：（１）二会聚相干点光源的空间等光程差面为回转双曲面；（２）二发散相干点光源的空间等光程差面为回转双曲面；（３）一会聚和一发散相干点光源的空间等光程差面为回转椭球面。     

实现两个点光源干涉的研究

提出了在迈克尔逊干涉仪上实现二实点光源干涉的方法，分析了其干涉状态及实验结果，得出三个结论：（１）二会聚相干点光源的空间等光程差面为回转双曲面；（２）二发散相干点光源的空间等光程差面为回转双曲面；（３）一会聚和一发散相干点光源的空间等光程差面为回转椭球面。     

杨氏干涉场中干涉条纹的梯度解

在把光的干涉在空间强度钓稳定分布看作为稳定的标量场的前提下,研究了空间干涉场,从而得到了干涉场强度梯度方向与光程差梯度方向是一致的的结论。进而得出平面干涉场强度梯度是空间干涉场强度梯度在这个平面上投影的推论。这个推论使平面干涉场梯度计算变得方便。     

光子晶体光纤产生超连续谱的相干性研究

研究光子晶体光纤中超连续谱的时间相干性和空间相干性.采用时间分辨率为飞秒级的迈克尔逊干涉仪,通过在零点附近改变两光路的延迟,对超连续谱的复时间相干度曲线进行测量,得到超连续谱的相干长度为3.71μm.采用同样系统对飞秒泵浦源的复时间相干度曲线进行测量,计算得到其相干长度为62.24μm.通过计算光程差为零点处的互相干度得到超连续谱的空间相干度为0.77,表明光纤小的发光面积使其空间相干性较好.利用准直透镜和分光棱镜将光纤输出的光束进行分光,得到超连续谱中几种不同颜色的输出光谱及对应的脉冲序列,其脉冲序列与泵浦激光有相同的重复频率.     

水下探测中目标的回波信号研究与分析

在充分考虑各光程间差异的情况下,推导出水下探测条件下平面目标的回波信号功率方程,并对目标大小、水质参数及激光入射角等因素对信号功率的影响进行仿真分析。仿真结果表明,接收到的信号功率会随着传播距离、入射角和水质参数的增大而减小,随着目标的增大而增大;在相同的环境条件下,对于忽略各光程间差异与未忽略各光程间差异这两种情况下得到的信号功率是不同的,它们之间的差异随着距离、水质参数、目标大小的增大而增大。     

基于光谱型白光干涉仪的绝对距离测试研究

采用微型光纤光谱仪记录宽波段(450～900 nm)下的光谱干涉图,提出一种解包络线的方法来提取相位主值,同时由总光程差与棱镜折射率成正比的关系进行相位解包裹.由线性关系的斜率和截距分别求解得到棱镜的等效厚度和两参考镜之间的绝对距离.利用该方法测试了参考镜在不同位置处的距离,结果与千分尺数值之间的偏差小于1%,同时获得了99.9%的线性度.还测试了BK7玻璃的厚度,与其他方法相比,其精度达0.21%.分析了影响测试精度的因素,并对测距范围进行了讨论.     

干涉中光程差的计算

干涉现象是光具有波动特性的最有力的证据之一，而光程差的计算往往是研究干涉现象以及干涉条件的核心内容．通过对教材中一个例题错误计算的纠正，讨论了在光程差计算过程中应注意的若干问题．     

湍流大气中高斯光束通过角反射器的解析传输

将高斯光束通过角反射器的传输过程简化为其连续通过2个平行四边形光阑的传输过程,利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导了双程大气湍流条件下高斯光束通过角反射器的近似三维解析传输公式。数值计算表明,当入射角较大时反射光的平均光强分布模式的畸变明显,且在同等数值时入射角带来的畸变效应大于方位角带来的畸变效应;远场情况下,除了一些小的旁瓣的存在反射光光强分布的主瓣具有较好的高斯模式。     

可调分束角棱镜正反向入射分束角的研究

可调分束角棱镜是使用最频繁的偏光棱镜之一,为了研究可调分束角棱镜正、反向使用时分束角的不同,基于可调分束角棱镜的结构与分束原理,从理论上分析推导了正、反向使用时分束角随入射角变化的精确表达式,并以负单轴晶体为例绘制了分束角随入射角的变化曲线。对比正反向使用情况分束角变化曲线得出结论：对任意合理的结构角及主折射率值来说,在相同入射角的情况下,由负单轴晶体材料制成的可调分束角棱镜正向使用时的分束角比反向使用时要大。     

液晶法布里－珀罗腔的超棱镜效应

为了获得可调谐的光空间滤波器，在一维薄膜光子晶体中引入液晶层，形成法布里－珀罗滤光片结构，利用此结构在峰值波长处具有较大群延迟的特性，设计并理论模拟了当光束倾斜入射时此结构中存在的超棱镜效应.利用液晶本身的电光效应对此结构进行调谐，实现了不同波段的光波色散分离.采用差分迭代法计算了液晶层的指向矢，利用Berreman 4×4矩阵法分层计算了液晶的光学特性.当p偏振光以20°斜入射此薄膜结构，电压从0 V变化到3 V时，可依次实现不同波长光波的空间色散分离，可调谐范围为1 447~1 459 nm，最大群延迟可达7.8 ps.     

不同监测环境下相位式测距精度试验研究

在特殊的测区环境使用免棱镜全站仪有其独特优势,但在不同观测条件下其测距精度的高低对观测结果影响很大。为了研究不同监测环境对免棱镜全站仪测距精度的影响,以拓普康ES-602G全站仪为例,对其相位式测距精度开展了系统的试验和分析,从不同反射面材质、反射面颜色、激光束入射角度、不同拐角等方面,设计了相应的试验方案,采用回归分析方法,获取了相应的拟合函数模型,分析其对测距精度的影响规律。结果表明:对测距精度影响最大的是大理石面,红砖面和木板面对测距精度的影响较小;反射面颜色与测距精度负相关,颜色越浅的物体其反射信号的能力越强,测距精度越高;激光束入射角度与测距精度成反比,为了保证测距精度应使入射角控制在30°以内;反射面拐角与测距精度呈线性关系,拐角越大,精度越高,拐角越小,其测距误差可能会很大。     

一种抗震型横向剪切干涉仪的设计

针对机械扫描式光谱分析设备抗震、抗干扰能力差等问题,设计了抗震型横向剪切干涉系统,将分束镜作为机械扫描部分产生光程差,通过两个分束镜之间的连杆将引入的外部震动、干扰等相互抵消.计算了产生干涉条纹的干涉强度,分析了旋转分束镜对应角度的光程差函数,并求解了顺时针与逆时针对应的最大旋转角度.实验分别在3种条件下进行,采用850 nm激光器,对比此光学系统与传统迈克尔逊干涉仪的抗干扰能力,实验结果再与WQF530型光谱分析仪进行比较.实验结果显示:在防震平台上,两者的测试值都接近标准值;但当无防震设备时,系统的抗震设计可以有效抵消外部干扰造成的功率偏差及半宽增大,比传统迈克尔逊干涉仪测得的激光半宽精确提高一倍以上.     

风洞模型大攻角激光干涉实时测量

本文描述了一种用于风洞模型大攻角激光干涉测量原理,由立方角棱镜和全息光栅组成的角传感器(LAS),它将一束入射光,反射产生多束间距预先选定的平行光.平行光光程差取决于模型的角度.随着角度的变化.干涉条纹移动,由光电探头把这种光强信号转换成电信号,输入电子回路及微机中,处理后可确定模型的角度值.大攻角测量是基于双光束交叉照射 LAS,各光路完成40°的测角范围.保持精度0.02°.     

基于角锥棱镜的反射式位相延迟系统

针对传统应用于投影系统的线偏振光源中消色差位相延迟器件的制作成本较高的问题,设计了角锥棱镜（corner-cube-reflector）反射式位相延迟系统.利用射线追踪理论分析了当一束线偏振光以不同偏振方位角和不同入射角入射至角锥棱镜后,经过三次全内反射后反方向出射光的偏振特性.使用旋转坐标进行解析,按不同反射顺序、经不同反射面时出射光的琼斯矩阵表达式,计算出不同入射条件下的出射椭圆偏振光的状态参数,得到了出射光偏振状态相对入射光偏振方位角和入射角的变化规律,采用斯托克斯参量法进行了实验验证,得到了最优入射方位角为（-15°,＋15°）,偏振方位角为（-63°,-52°）.