晶體偏光棱鏡對(duì)激光光束的影響.pdf

1、偏光棱鏡由天然光學(xué)晶體冰洲石制成，由于天然冰洲石晶體的光學(xué)性能穩(wěn)定，透射光譜范圍寬(240～2800nm)，雙折射率大，不潮解等優(yōu)點(diǎn)，所以由其制成的偏光棱鏡在當(dāng)前激光應(yīng)用技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。 隨著激光應(yīng)用技術(shù)，特別是強(qiáng)激光及激光在信息光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的快速發(fā)展，對(duì)激光光束的研究越來(lái)越受到人們的重視。除常規(guī)的單模高斯光束、厄米-高斯光束和拉蓋爾-高斯光束外，一些新型的光束也被提出來(lái)，并得到廣泛的應(yīng)用，如厄米-雙曲余弦-高斯光束、平頂-

2、高斯光束、余弦-高斯光束、橢圓-高斯光束、超高斯光束等，但這些光束大都可以通過(guò)基本的光束乘以相應(yīng)的因子得到。除此之外，J．Durnin在1987年提出的貝塞爾光束，由于這種光束傳播時(shí)光強(qiáng)分布不會(huì)隨距離改變而改變，或是變化很小，即具有“非衍射”特性，因而引起了相關(guān)科研人員的研究興趣。 目前，對(duì)于各種激光光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)、各類(lèi)介質(zhì)的傳輸和變換規(guī)律，已有大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究成果，并形成了一套成熟的研究方法，即從ABCD光線變換矩陣和A

3、BCD定律出發(fā)，通過(guò)Collins公式討論光束的傳輸問(wèn)題。但是，當(dāng)研究激光光束通過(guò)組合的晶體偏光棱鏡的傳輸問(wèn)題時(shí)，由于組合偏光棱鏡的空氣隙或膠合層中存在光的干涉現(xiàn)象，所以不能直接寫(xiě)出組合偏光器件的ABCD光線變換矩陣，所以無(wú)法直接利用Collins公式討論光束的傳輸問(wèn)題。當(dāng)然，這種干涉現(xiàn)象也不同于光學(xué)諧振腔的干涉，不能直接利用光束在諧振腔中的傳輸理論來(lái)解決光束通過(guò)空氣隙或膠合層的傳輸問(wèn)題。 本文從基本的干涉理論出發(fā)，結(jié)合常用各種

4、晶體偏光棱鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，深入剖析了激光光束在棱鏡各組成部分的分界面上的反射和透射情況，以及由此在棱鏡內(nèi)引起的干涉現(xiàn)象，最終給出了各種常見(jiàn)晶體偏光棱鏡(包括格蘭-泰勒棱鏡、格蘭-傅科棱鏡、馬普-赫斯棱鏡、格蘭-湯姆遜棱鏡、李普奇棱鏡和渥拉斯頓棱鏡)對(duì)常用激光光束(包括單模高斯光束、厄米-高斯光束、拉蓋爾-高斯光束和零階貝賽爾光束)光強(qiáng)分布影響的數(shù)學(xué)表達(dá)式。本文還進(jìn)一步給出了各種棱鏡對(duì)各種激光光束的影響與棱鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括棱鏡結(jié)構(gòu)角、膠合層

5、厚度和膠合層介質(zhì)的折射率)之間關(guān)系的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，并且對(duì)格蘭-泰勒棱鏡、格蘭-傅科棱鏡以及格蘭-湯姆遜棱鏡對(duì)單模高斯光束影響的理論分析進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。另外，理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明：當(dāng)棱鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)或激光光束在棱鏡端面上的入射角發(fā)生改變時(shí)，透射光束會(huì)呈現(xiàn)周期性振蕩，且振蕩的幅度和頻率會(huì)有所變化，相比較而言，空氣隙棱鏡對(duì)激光光束的影響要大于光學(xué)膠膠合棱鏡，而在空氣隙晶體偏光棱鏡中，對(duì)激光光束光強(qiáng)分布影響最大

6、的是格蘭-傅科棱鏡。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于：通過(guò)對(duì)各種常用晶體偏光棱鏡結(jié)構(gòu)的分析，給出了激光光束在棱鏡各個(gè)組成部分的界面上的反射和透射特性，并進(jìn)一步分析得出激光光束在棱鏡內(nèi)部的干涉特性，從而最終得出常用晶體偏光棱鏡對(duì)常用激光光束光強(qiáng)分布影響的數(shù)學(xué)表達(dá)式；并且，根據(jù)表達(dá)式模擬繪出了棱鏡對(duì)各種激光光束的影響隨棱鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的圖形。 另外，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，對(duì)三種棱鏡對(duì)激光光束光強(qiáng)分布的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果證明了理論分析的正確