晶体双折射/旋光复合型光学滤波器的优化设计研究

摘要

通带半高宽(FWHM)较窄、自由光谱范围(FSR)较宽、透射比高、结构紧凑的特殊波段光学滤波器对于天文光谱分析技术和海陆、海空通信技术及空间通信技术尤为重要。晶体双折射滤波器的优点是通带半高宽较窄，但是自由光谱范围较小，不够理想，而晶体旋光滤波器的自由光谱范围大，但是通带半高宽较宽，因此将晶体的双折射性与旋光性组合起来组成滤波器系统，理论研究复合滤波原理，分析晶体的双折射性与旋光性在复合滤波中的作用，进而对晶体复合滤波器进行优化设计，是一件有意义的研究工作。
　　全文主要包括以下几个部分：
　　第一章是绪论部分，介绍了光学滤波器的发展及国内外的研究现状，由此确定本论文的选题和主要研究工作。
　　第二章介绍了双折射滤波器的理论基础，并详细介绍了Lyot型双折射滤波器，具体分析了双折射滤波器的滤波特性，并介绍了晶体的双折射率色散。
　　第三章介绍了晶体的旋光色散效应，并详细分析了单级和多级旋光光学滤波器，给出旋光光学滤波器的滤波特性参数，并进行了模拟验证。
　　第四章和第五章是本文的核心部分，也是创新之处。
　　第四章将双折射器与旋光器结合，优化设计出复合型光学滤波器。利用矩阵光学推导出复合滤波器单级结构和多级结构的滤波原理公式，并模拟验证；分析双折射片和旋光片在复合型滤波器中的作用，找到优化设计的依据，最后优化设计了一个五级的复合型滤波器，给出各级的组合方式及双折射和旋光片的晶体厚度，作出复合型滤波器的理论透射曲线；并与同厚度的双折射滤波器和同厚度的旋光滤波器的理论透射曲线比较，验证了复合滤波器比同晶体厚度的双折射滤波器的自由光谱范围大，比旋光滤波器的通带半高宽窄，由此证明了复合型滤波器优势所在。
　　第五章利用岛津分光光度计对制成的五级复合型滤波器进行性能测试。首先介绍了偏振片、双折射晶体片及旋光晶体片的制作过程及复合滤波器的组装过程；然后介绍了测试系统的原理，采用双光路测试以减小测试误差，使用分光光度计分别对复合滤波器的第一级、第二级、第三级、第四级和第五级进行了测试，并作出理论曲线与实验测试进行对比，对照发现：实验测试曲线与理论曲线很好的吻合，初步证明了设计的正确性。又对复合二级、三级、四级和五级滤波器进行测试，同样作出理论透射曲线与之比较，发现实验测试曲线与理论曲线吻合很好，只是透射比有所降低，短波方向降低的更多；最后对误差来源进行分析，透射主峰有移动，这是由于制作厚度误差造成，或所使用色散公式与晶体有差异造成，最后还对偏振片的透射光谱进行测试，解释了短波长透射比的降低是所用偏振片在短波长的透射比较低所致。

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英文摘要

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第1章 绪论

第2章 双折射滤波器理论基础

2.1 双折射滤波器的原理分析

2.1.1 单级Lyot型滤波器原理分析

2.1.2 多级Lyot型滤波器原理分析

2.1.3 模拟验证

2.2 滤波性能参数

2.2.1透射比

2.2.2 自由光谱范围和通带半高宽

2.3 晶体材料的双折射率色散

第3章 石英晶体旋光光学滤波器理论分析

3.1 石英晶体的旋光色散

3.1.1 晶体的旋光效应

3.1.2 石英晶体的旋光色散

3.2 旋光光学滤波器原理分析

3.2.1 单级石英晶体旋光滤波器原理分析

3.2.2 多级石英晶体旋光滤波器原理分析

3.2.3 模拟验证

第4章 复合型光学滤波器的原理分析及优化设计

4.1复合型滤波器原理分析

4.1.1 单级结构原理分析

4.1.2 多级结构原理分析

4.1.3 理论模拟

4.2复合滤波器的优化设计

4.2.1理论分析

4.2.2 优化设计

第5章 晶体双折射/旋光复合光学滤波器的制作与性能测试

5.1 晶体双折射/旋光复合光学滤波器的制作

5.1.1 偏振器的选择

5.1.2 双折射片和旋光片的制作

5.1.3 晶体片厚度的测量及光学胶合剂的选取

5.1.4 复合滤波器的组装

5.2 晶体双折射/旋光复合光学滤波器的性能测试

5.2.1测试系统

5.2.2 透射光谱测试与测试结果

5.2.3 实验偏差来源分析

全文总结

参考文献

在读期间发表的学术论文

致谢