光轴在入射面内的正单轴晶体e光全反射角公式

用惠更斯作图法推导光轴在入射面内的正单轴晶体e光全反射角公式：i=arcsin(1/n)((n_e~2-n_o~2)sin~2α n_o~2)~(1/2),它与光轴在入射面内的负单轴晶体e光全反射角公式形式完全相同;所以光轴在入射面内的单轴晶体e光全反射角公式为i= arcsin(1/n)((n_e~2-n_o~2)cos~2α n_e~2)~(1/2)=arcsin(1/n)(n_e~2-n_o~2)sin~2α n_o~2)~(1/2)(简称“何波公式”)。     

光学表面粒子污染物散射的单层薄膜调控特性

为了降低超精密低损耗光学元件表面粒子污染物的光散射损耗,文中提出通过在光学表面沉积单层薄膜来调控表面场强分布,从而降低散射损耗的方法。理论分析了K9玻璃超光滑光学表面不同厚度单层二氧化硅（SiO₂）和单层二氧化钛（TiO₂）薄膜表面上方半径为100 nm粒子污染物所在处的电场强度,理论分析结果发现,当SiO₂薄膜厚度为137.4 nm,TiO₂薄膜厚度为12.3 nm时,表面粒子污染物所在处的电场强度最小。在此基础上分别计算了光学元件表面沉积厚度为137.4 nm的单层SiO₂薄膜以及厚度为12.3 nm的单层TiO₂薄膜,表面粒子污染物的总散射损耗(S)和双向反射分布函数(BRDF),计算结果表明,在波长为632.8 nm的光垂直入射时,单层SiO₂薄膜和单层TiO₂薄膜可有效降低其表面粒子的BRDF,且可将K9玻璃表面的总散射分别降低12.40%和25.04%。实验验证了单层SiO₂薄膜对于表面粒子污染物散射降低的有效性。     

光轴任意取向单轴晶体的非正入射工作状态：非正交Jones矩阵

当光线斜入射到光轴任意取向的单轴晶体上时，采用ｏ，ｅ两光线的光矢量本征振动方向为一组非正交基矢。在这组特殊基矢上建立了Ｊｏｎｅｓ矩阵，得到了单轴晶体光学传输特性的较为严格的描述。     

反射率对入射角扫描测定单轴晶体的折射率

通过分析波矢沿任意方向的单轴晶体的折射率,在光轴位于入射面内时,给出了入射光分别为s光和p光的反射率拟合函数。利用改进的反射率扫描仪,测量了CaCO3晶体的s光和p光反射率随入射角变化情况,由理论拟合获得单轴晶体的两个主折射率,分别为no=1.6559和ne=1.4851。这种方法不需要对样品进行加工,其精度达到0.0001。另外,对于晶体光轴未知的情况,采用改进的布儒斯特技术分别测出三个晶体表面的布儒斯特角,由此可以确定光轴的方向。     

一种斜入射多膜窄带滤光片透射特性分析

垂直入射的多膜窄带滤光片两偏振态的透射特性是相同的,而对于斜入射的多膜窄带滤光片,其两种偏振态的透射特性发生分离.本文对于所设计的155层三腔薄膜窄带滤光片,分为(无吸收)垂直入射、(无吸收)有角度(11.5°)入射、(有吸收)有角度(11.5°)入射三种情况的透射率随波长变化关系进行了分析.模拟图形结果显示了透射特性的变化趋势.     

可调谐光纤F-P线性滤波器的设计与分析

光纤滤波器在光纤通信和光纤传感领域发挥着重要的作用。本文基于光学薄膜干涉理论设计了一种用于光纤传感的可调谐F-P线性滤波器,该滤波器由两端面相对的入射光纤与出射光纤构成,两光纤端端面分别镀有反射光纤薄膜。该F-P干涉腔改善了传统F-P腔的透射率响应特性,有助于提高滤波器的线性度和线性范围。本文采用光学薄膜干涉矩阵分析法对该滤波器的透射率响应关系进行了计算与分析,并得出该FP滤波器的结构参数。设计结果表明,这种新型线性滤波器具有线性度好、线性范围宽和线性区间可调的优点。     

斜角入射沉积TiO_2薄膜的光学特性和表面粗糙度

采用电子束热蒸发技术在K9玻璃基底上以不同的沉积入射角沉积了单层TiO2薄膜,研究了不同入射沉积角沉积的TiO2薄膜的光学特性、填充密度和表面粗糙度,并比较了不同膜层厚度下薄膜表面粗糙度与入射沉积角之间的关系。研究结果表明,随着入射沉积角的增加,TiO2薄膜的透射率增加,透射峰值向短波移动,薄膜的填充密度从入射沉积角0°时的0.801降低到入射沉积角为75°时的0.341;薄膜的表面粗糙度随着入射沉积角的增加而增加,当入射沉积角为75°时,薄膜的表面粗糙度略高于基底的表面粗糙度。在沉积入射角不变时,随着膜层厚度的增加,膜层的表面粗糙度降低。     

激光束经离轴抛物面镜聚焦后光斑特性的研究

从几何光学和物理光学出发,对抛物面镜以离轴90°的方式应用于激光束的聚焦光路时,光轴的角度失准和入射光发散角对聚焦光斑造成的影响进行了分析.基模高斯光准直入射时,由于抛物面镜无球差,焦斑的峰值光强将与入射光直径的平方成正比.光线追迹法证明角度失准导致产生一对相互垂直的焦线,由衍射光学知入射的高斯光将转变为类椭圆高斯光,降低了焦面处的峰值光强.抛物面镜对入射角失准的敏感度极高,mrad量级的误差就足以使焦面处的峰值光强降低一半左右.而且,入射光束直径的增大又将大幅度降低对角度失准的容忍度,使焦面处的峰值光强对失准更敏感.同时也证明发散角的存在将导致产生彗差,亦降低其峰值光强.     

激光防护中VO2薄膜的最佳膜厚计算

为实现VO2薄膜在激光防护应用中的最佳膜厚设计,采用椭圆偏振法测试分别得到Si基底VO2薄膜低温半导体态与高温金属态的光学常数,基于具有吸收特性薄膜的透射率计算理论,结合VO2薄膜用于激光防护的需求,计算得到适用于激光防护的最佳膜厚。为验证计算方法准确性,根据入射激光波长10.6 μm为例计算的最佳膜厚,采用直流磁控溅射法在Si基底上制备具有相应膜厚的薄膜,利用傅里叶变换红外光谱测试分析了该薄膜的红外透射率相变特性,结果表明其红外透射率具有明显相变特性,3~5 μm波段的红外透射率对比值达到99%,λ=10.6 μm 处相变前后的红外透射率分别为67.2%、4.2%,与理论计算透射率66.4%、3.3%误差较小,实测透射率对比值为93.8%,与理论预期95%基本相符,表明理论计算方法具有一定的准确性,根据最佳膜厚算法设计的VO2薄膜适合应用于红外探测器的激光防护研究。     

双折射调谐片的等色图设计方法

一束光振动在入射面内的线偏光以布氏角通过单轴晶体的平行平板时,出射面上光的偏振状态由o、e两光的程差所决定,程差为波长整数倍的那些光波出射后仍为光振动在入射面内的线偏光,即部分量透过率极大。晶片绕其表面法线转动时,部分量透过极大的波长值随之改变,因而可用于激光器的调谐。双折射调谐片中光轴相对表面取向目前一般为18°和25°两种。本文提出用晶体等色图原理来设计双折射调谐片。设计中晶片转动使波长     

宽调谐双折射滤光片最佳透射系统研究

针对普通滤光片通常采用不多于3片组合方式,不能满足特殊测量范围要求的情况,利用单轴晶体的双折射效应及偏光干涉原理来研究双折射滤光片的滤光原理及其参数特性,在综合考虑各种参数的前提下,应用近似理论条件,研究设计了4片组合的石英晶体双折射滤光片,分析了设计滤光片所需要的各个参数,给出了4片组合双折射滤光片的透射曲线。此双折射滤光片的透射光谱具有透射带宽得到很大压窄、次峰的透过率被抑制在8%以下等特点。当它被用在脉冲激光器中时,具有550nm至1200nm的宽调谐范围。可以知道,设计滤光片的关键是各个参数的选取,利用法布里-珀罗干涉仪可以压窄光谱线宽。     

LiNbO3光波导F-P腔滤波器的分析设计

采用转移矩阵法推导出内置LiNbO3光波导的FP腔滤波器的功率传输系数,运用计算机进行模拟计算,分析了光波导的传输损耗和腔薄膜反射率对滤波器透射光谱的强度、带宽和精细度的影响.结果表明,传输损耗越大,透射光谱的强度变小,带宽越大;反射率越大,透射光谱的强度变小,但带宽变小,精细度增大.考虑了滤波器的透射光谱强度和精细度等因素,提出一个合理的腔薄膜反射率,优化了滤波器的设计参数.     

有限能量Olver-Gaussian光束通过电光晶体的光强分布特性

基于广义惠更斯-菲涅耳积分公式,研究了傍轴近似下有限能量Olver-Gaussian光束经过铌酸锂电光晶体的光强分布特性。得出了这类光束经单轴晶体垂直于光轴的电场和光强解析式,基于此,探究了一阶Olver光束在电光晶体不同横截面上的光强分布和光波侧面传输光强图,并得出了外加电场和光波中心位置及中心光斑相对光强变化的定量关系；对传统三类单轴晶体的光波演变特性也进行了分析。     

双面金属包覆单轴晶体波导的偏振转换研究

利用转移矩阵方法计算了双面金属包覆单轴晶体波导结构中的色散曲线、反射谱。结果表明,双面金属包覆结构使得波导可以被自由空间光场激发;单轴晶体的光轴取向能对该结构中的波导模式进行调控,使入射光波中的Ey、Ez分量发生相互转换耦合,从而在波导层中形成杂化模。通过调节耦合金属层厚度可以对出射光偏振状态的控制,实现TE线偏振入射光向TM线偏振反射光的转换以及线偏振入射光向圆偏振反射光的转换。     

非近轴光束下铌酸锂晶体的电光效应

为了研究电场一定时,光束在非近轴条件下铌酸锂晶体的电光效应,采用折射率椭球张量的循环坐标变换方法,理论上推导了光轴正交截面上折射率分布的解析式,讨论了折射率、相位延迟以及透射率与光束入射方向之间的关系,并且进行了实验验证,取得了透过率随光束与光轴夹角α的实验数据。结果表明,y方向加电场时,入射光小角度偏转将引起x方向感应折射率以及光束透射率的明显变化,而y方向的感应折射率不变;光束与光轴的夹角α对铌酸锂晶体电光性能的影响远远大于光矢在x-y平面与x轴正半轴的夹角β对其的影响;x方向加电场时感应折射率同y方向加电场时类似,但此时相位延迟更小,在0°~0.4399°夹角范围内,前者的透过率变化较后者慢,并且在0.45°之后呈现出交替变化的规律,当夹角为0.5°,0.680°等位置时,它们具有相同的透过率。这一结果对利用角度调节以改善铌酸锂晶体的电光性能具有一定的指导意义。     

带宽可调型光学滤波器的研究

为了研究带宽可调型光学滤波器,采用对手性液晶膜施加电压的方法,对手性液晶布喇格反射带宽随外加电场的变化规律进行了分析和测量.实验结果表明,在外加电场到达一定的阈值后,液晶分子要旋转一定的角度;在外加电场和液晶盒边界条件的共同限制下,手性液晶的螺距在螺旋轴方向上形成了梯度变化,造成了手型液晶布喇格反射带宽的加宽,且反射带宽随外加电压的增加而增加,以此可制成带宽可调型光学滤光片.     

Reflection and transmission of electromagnetic waves on the interface of uniaxial chiral media

The reflection and transmission properties of plane waves on the interface of uniaxial chiral media with the optical axis parallel to the interface are investigated. The formulas of the reflected and transmitted power are derived. The curves of the group refractive angles, power of the reflected and transmitted waves for TE and TM incident waves are presented for three cases of dielectric constant combinations and for non-chiral, weak chiral and strong chiral media. Some new results are obtained, which are different from those in the uniaxial chiral media with the optical axis per-pendicular to the interface.     

利用双折射效应设计的窄带滤光系统

本文根据单轴晶体的双折射效应及偏振光干涉原理，设计制作了一种透射带宽大约为０．０５ｎｍ的窄带滤光系统。     

基于微椭球空气腔的光纤压力传感器的设计

设计了一种新型的在线光纤法布里-珀罗(F-P)压力传感器.该传感器的F-P腔为微椭球空气腔,由光纤熔接机以特定的熔接参数熔接单模光纤和实芯光子晶体光纤而成.该传感器基于F-P干涉原理测量压力,全石英结构,制作工艺简单,温度串扰小.分析了封闭的椭球形空气F-P腔中短轴直径(腔长)与长轴半径(敏感膜有效半径)的关系;利用高斯光束传输理论分析了空气F-P腔形状与腔内损耗的关系.分析了SiO2敏感膜受压后中心挠度与膜厚、有效半径的关系.建立了SiO2膜的压力敏感特性模型,在施加均布载荷条件下对模型的挠度形变特性进行了数值解析和有限元仿真.仿真了传感器F-P干涉条纹波谷波长与压力的关系,为设计制作光纤微压传感器提供了理论依据.