别汉棱镜偏振像差检测与校正的方法研究

摘要

别汉棱镜是望远光学系统的重要组成部分，但是由于别汉棱镜的特殊结构，会使一束入射光分开成两路光，并且这两路光的s分量和p分量产生交叉互换，使得s分量和p分量存在一定的相位差，就会在同一出射面上出现两个方位角不同的椭圆偏振光，即产生偏振像差，分析偏振像差对望远光学系统成像质量的影响，找到对偏振像差进行校正的途径和检测方法是本课题的研究目的。
　　 本研究主要包括：利用琼斯矢量法以及坐标旋转矩阵得到别汉棱镜的功效矩阵，分析得到线偏振光入射以及以一定角度的光锥入射别汉棱镜后出射光波的偏振态分布，同时分析透镜对出射偏振态的影响，得到别汉棱镜偏振像差的基本规律；利用分析得到的别汉棱镜出射面上的偏振态分布以及光强分布得出偏振像差对成像质量的影响；通过对别汉棱镜偏振像差特性的分析，得出对偏振像差进行定量检测的新方法；分析别汉棱镜偏振像差产生的原因，得出偏振像差校正的方法。别汉棱镜偏振像差的基本特性表现为：一束光经由别汉棱镜的两个屋脊面出射后，形成两个方位角不同的椭圆偏振光，这两个方位角的大小与入射线偏振光的振动方向有关；同一入射角、不同振动方向的线偏光入射别汉棱镜后在其出射面得到的两椭圆偏振光的方位角夹角是不变的，只有入射线偏光的振动方向在特殊位置时，得到的两椭圆偏振光的椭偏率是相等的；在对别汉棱镜出射面上的偏振态分布进行分析的基础上，得出别汉棱镜偏振像差的核心在于两屋脊面出射光波之间的位相差。别汉棱镜偏振像差对成像质量的影响主要表现为：由于别汉棱镜偏振像差的存在，所以两路出射光线形成的像点会在沿轴方向有一个位置差。实验观察到：别汉棱镜的偏振像差使得在像面上得到的图像出现拉伸。通过对别汉棱镜偏振像差特性的分析，得到检测偏振像差的新方法：针对别汉棱镜的偏振像差的核心在于两屋脊面出射光波之间的位相差，而表现形式则集中在两椭圆偏振光方位之间的夹角的特点，设计了仅需测量合光强和差光强极值即可获得两椭圆偏振光长轴间夹角的偏振像差检测方案，建立了测量两椭圆偏振光长轴间夹角的数学模型。使用四象限探测器进行了检测实验，并与斯托克斯参量法测得的结果进行了对比，得到了一致性较好的结果。偏振像差校正的方法：在对别汉棱镜偏振像差产生原因分析的基础上，得出别汉棱镜偏振像差的核心在于两屋脊面出射光波之间的位相差，提出了在别汉棱镜屋脊面上镀制相位膜层来校正偏振像差的方法。理论分析和实验结果表明：在别汉棱镜的屋脊面上镀制以两路径的位相为参数的相位膜层，从而消除因两路径的位相不同而引起的偏振像差。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究现状

1.1.1 国内外现状

1.1.2 别汉棱镜的结构以及应用

1.2 论文研究的意义

1.3 论文研究的主要内容及重点

1.3.1 研究的主要内容

1.3.2 研究的重点

1.3.3 论文章节安排

2 偏振态研究的基础理论

2.1 偏振光的矩阵表示

2.1.1 琼斯矢量法

2.1.2 斯托克斯参量法

2.1.3 密勒矩阵

2.2 折、反射定律的矢量表达式

2.3 旋转矩阵

2.4 相干矩阵

2.5 小结

3 别汉棱镜的偏振像差

3.1 别汉棱镜出射面上的偏振像差分析

3.1.1 平行光入射别汉棱镜的光线追迹

3.1.2 别汉棱镜界面反射的琼斯矩阵

3.1.3 别汉棱镜的坐标旋转

3.1.4 别汉棱镜出射面的偏振态分布

3.1.5 斯托克斯参量法检测

3.1.6 别汉棱镜的偏振像差

3.1.7 偏振像差对成像质量的影响

3.2 光锥入射别汉棱镜的偏振像差分析

3.3 透镜对偏振像差的影响

3.3.1 透镜对偏振态的影响

3.3.2 含有别汉棱镜的望远系统对偏振态的影响

3.4 别汉棱镜出射面上偏振像差的校正

3.5 小结

4 别汉棱镜像面偏振态分布的检测

4.1 别汉棱镜像面偏振态分布

4.2 像面偏振态的检测方法

4.2.1 别汉棱镜出射光束的和光强、差光强特性

4.2.2 别汉棱镜出射两椭圆偏振光长轴间的夹角与和、差光强的关系

4.2.3 四象限探测器的检测方法

4.3 实验

4.4 小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢