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静态偏振风成像干涉仪光传输特性和光通量改善

张宣妮 张淳民

静态偏振风成像干涉仪光传输特性和光通量改善

张宣妮, 张淳民
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  • 静态偏振风成像干涉仪利用偏振光束来获得干涉图, 光束在偏振元件中的传输特性成为分析研究的关键. Jones矩阵用于分析系统的光学传输特性和偏振态变化过程, 形式简洁,计算方便,容易得出光学元件对系统性能的影响.本文用Jones矩阵对静态偏振风成像干涉仪系统进行了描述, 推导出了适用于普遍情况的系统矩阵表达式,计算出核心偏振元件的偏振化方向和波片方位角对应于系统光通量和干涉调制度的关系,确定了系统中各偏振元件的最佳偏振化方向和波片的最佳方位角; 并通过视场展宽技术和提高四面角锥棱镜的透光率对光通量加以改善,利用光线追迹软件仿真, 对视场展宽前后的干涉强度作了对比,达到预期的效果.为静态偏振干涉成像光谱仪的设计、 研制和工程化提供重要理论和实践指导.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号: 2012AA121101, 2006AA12Z152)、 国家自然科学基金重点项目(批准号: 40537031)、 国家自然科学基金(批准号: 40375010,60278019)、国家重大科技专项 (批准号: E03101112JC02)、陕西省科技攻关项目(批准号: 2001K06-G12, 2005K04-G18)、 2010苏州大学省重点实验室专题项目(批准号: KJS1001)和陕西省教育厅科学研究计划项目(批准号: 09JK799)资助的课题.
    [1]

    Babcock D D 2006 Ph. D. Dissertation (Canada: York University)

    [2]

    Persky M J 1995 Rev. Sci. Instrum.66 4763

    [3]

    Hilliard R L, Shepherd G G 1966 J. Opt. Soc. Am. 56 362

    [4]

    Shepherd G G, Gault W A, Miller D W, Pasturczyk Z, Johnston S F, Kosteniuk P R, Haslett J W, Kendall D J W, Wimperis J R 1985 Appl. Opt. 24 1571

    [5]

    Zhang C M, Zhao B C, Yuan Z L, Huang W J 2009 J.Opt. A: Pure Appl. Opt. 11 085401

    [6]

    Zhang C M, He J 2006 Opt. Express 14 12561

    [7]

    Gault W A, Sargoytchev S, Brown S 2001 Proc. SPIE 4306 266

    [8]

    Bird J C, Liang F C, Solheim B H, Shepherd G G 1995 Meas. Sci. Technol. 6 1368

    [9]

    Ye J Y, Zhang C M, Zhao B C 2008 Acta Phys. Sin. 57 67 (in Chinese)[叶健勇, 张淳民, 赵葆常 2008 物理学报 57 67]

    [10]

    Zhang C M, Zhu H C, Zhao B C 2011 Opt. Express 19 9626

    [11]

    Zhang C M, Zhu L Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 989 (in Chinese) [张淳民, 朱兰艳 2010 物理学报 59 989]

    [12]

    Liao Y B 2003 Polarization Optics (Beijing: Science Press) p57 (in Chinese) [廖延彪 2003 偏振光学(北京:科学出版社) 第57页]

    [13]

    Zhang C M, Zhao B C, Xiangli B 2003 Opt. Commun. 227 221

    [14]

    Bu Z C, Zhang C M, Zhao B C, Zhu H C 2009 Acta Phys. Sin. 58 2415 (in Chinese) [步志超, 张淳民, 赵葆常, 朱化春 2009 物理学报 58 2415]

    [15]

    Zhang C M, Xiangli B, Zhao B C 2000 Proc. SPIE 4087 957

    [16]

    Zhang C M, Xiangli B, Zhao B C 2004 J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 43 6090

    [17]

    Zhang C M, Zhao B C, Xiangli B, Li Y C 2006 OptiK 117 265

    [18]

    Thuillier G, Shepherd G G 1985 Appl. Opt. 24 1599

    [19]

    Thuillier G, Herse M 1991 Appl. Opt. 30 1210

    [20]

    Wang J C, Zhang C M, Zhao B C, Liu N 2010 Acta Phys. Sin. 59 1625 (in Chinese) [王金婵, 张淳民, 赵葆常, 刘宁 2010 物理学报 59 1625]

    [21]

    Zhang C M, Zhao J K, Sun Y 2011 Appl. Opt. 50 3497

    [22]

    Zhang C M, Wu H Y, Li J 2011 Opt. Eng. 50 066201

    [23]

    Zhang C M. Mu T K 2011 Opt. Eng. 50 049701

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    Persky M J 1995 Rev. Sci. Instrum.66 4763

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    Wang J C, Zhang C M, Zhao B C, Liu N 2010 Acta Phys. Sin. 59 1625 (in Chinese) [王金婵, 张淳民, 赵葆常, 刘宁 2010 物理学报 59 1625]

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    Zhang C M, Zhao J K, Sun Y 2011 Appl. Opt. 50 3497

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  • [1] 张淳民, 朱兰艳. 新型偏振风成像干涉仪中偏振化方向对调制度和干涉强度的影响研究. 物理学报, 2010, 59(2): 989-997. doi: 10.7498/aps.59.989
    [2] 刘宁, 张淳民, 王金婵, 穆廷魁. 新型静态偏振风成像干涉仪理论探测误差的分析与计算. 物理学报, 2010, 59(6): 4369-4379. doi: 10.7498/aps.59.4369
    [3] 景春元, 关小伟, 曹芬, 李艳娜, 谢林利, 张淳民, 白鑫. 干涉成像光谱仪光通量的计算与分析. 物理学报, 2011, 60(7): 070703. doi: 10.7498/aps.60.070703
    [4] 徐昕伟, 崔碧峰, 朱彦旭, 郭伟玲, 李伟国. 利用介质光子晶体提高红光发光二极管的光通量的研究. 物理学报, 2012, 61(15): 154213. doi: 10.7498/aps.61.154213
    [5] 朱化春, 张淳民. 偏振风成像干涉仪多波长探测理论研究. 物理学报, 2011, 60(7): 074211. doi: 10.7498/aps.60.074211
    [6] 步志超, 张淳民, 朱化春, 赵葆常. 大视场消色差温度补偿型风成像干涉仪调制度的分析与计算. 物理学报, 2009, 58(4): 2415-2422. doi: 10.7498/aps.58.2415
    [7] 袁志林, 张淳民, 赵葆常. 新型偏振干涉成像光谱仪信噪比研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6413-6419. doi: 10.7498/aps.56.6413
    [8] 刘绩林, 陈子阳, 张磊, 蒲继雄. 角向偏振无衍射光束的传输特性及其偏振态研究. 物理学报, 2015, 64(6): 064201. doi: 10.7498/aps.64.064201
    [9] 马骏, 袁操今, 冯少彤, 聂守平. 基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法. 物理学报, 2013, 62(22): 224204. doi: 10.7498/aps.62.224204
    [10] 王美洁, 贾维国, 张思远, 门克内木乐, 杨军, 张俊萍. 低双折射光纤中拉曼增益对光偏振态的影响. 物理学报, 2015, 64(3): 034212. doi: 10.7498/aps.64.034212
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    [12] 陈园园, 邹仁华, 宋钢, 张恺, 于丽, 赵玉芳, 肖井华. 纳米银线波导中表面等离极化波激发和辐射的偏振特性研究. 物理学报, 2012, 61(24): 247301. doi: 10.7498/aps.61.247301
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    [14] 王 琛, 袁景和, 王桂英, 徐至展. 入射光的偏振特性对全内反射荧光显微术中荧光激发的影响. 物理学报, 2003, 52(12): 3014-3019. doi: 10.7498/aps.52.3014
    [15] 赵顾颢, 赵尚弘, 幺周石, 郝晨露, 蒙文, 王翔, 朱子行, 刘丰. 偏振无关的旋光双反射结构的实验研究. 物理学报, 2013, 62(13): 134201. doi: 10.7498/aps.62.134201
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    [17] 卓宁泽, 张娜, 李博超, 李文铨, 何清洋, 施丰华, 朱月华, 邢海东, 王海波. TiO2微粒对远程荧光粉膜及白光发光二极管器件光色性能的影响. 物理学报, 2016, 65(5): 058501. doi: 10.7498/aps.65.058501
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    [20] Xavier Mateos, Valentin Petrov, 刘均海, 韩文娟, 张怀金, 王继扬. 不同组分的钒酸盐混晶Ybt:YxGd1-t-xVO4光谱与激光性质的比较研究. 物理学报, 2011, 60(1): 014211. doi: 10.7498/aps.60.014211
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-01-11
  • 修回日期:  2012-05-28
  • 刊出日期:  2012-05-20

静态偏振风成像干涉仪光传输特性和光通量改善

  • 1. 西安交通大学理学院,非平衡物质结构及量子调控教育部重点实验室, 西安 710049;
  • 2. 咸阳师范学院物理与电子工程学院, 咸阳 712000
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号: 2012AA121101, 2006AA12Z152)、 国家自然科学基金重点项目(批准号: 40537031)、 国家自然科学基金(批准号: 40375010,60278019)、国家重大科技专项 (批准号: E03101112JC02)、陕西省科技攻关项目(批准号: 2001K06-G12, 2005K04-G18)、 2010苏州大学省重点实验室专题项目(批准号: KJS1001)和陕西省教育厅科学研究计划项目(批准号: 09JK799)资助的课题.

摘要: 静态偏振风成像干涉仪利用偏振光束来获得干涉图, 光束在偏振元件中的传输特性成为分析研究的关键. Jones矩阵用于分析系统的光学传输特性和偏振态变化过程, 形式简洁,计算方便,容易得出光学元件对系统性能的影响.本文用Jones矩阵对静态偏振风成像干涉仪系统进行了描述, 推导出了适用于普遍情况的系统矩阵表达式,计算出核心偏振元件的偏振化方向和波片方位角对应于系统光通量和干涉调制度的关系,确定了系统中各偏振元件的最佳偏振化方向和波片的最佳方位角; 并通过视场展宽技术和提高四面角锥棱镜的透光率对光通量加以改善,利用光线追迹软件仿真, 对视场展宽前后的干涉强度作了对比,达到预期的效果.为静态偏振干涉成像光谱仪的设计、 研制和工程化提供重要理论和实践指导.

English Abstract

参考文献 (23)

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