偏振对光学系统成像质量的影响

庞武斌; 岑兆丰; 李晓彤; 钱炜; 尚红波; 许伟才

doi:10.7498/aps.61.234202

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名

邮箱

手机号码

标题

留言内容

验证码

摘要

通常情况下,评价光学成像系统像质的几个重要参数, 如能量集中度(Strehl比)、分辨率、焦深等,都是以标量衍射理论为基础进行计算和分析的.考虑光波的矢量偏振特性,尤其是在高数值孔径系统中,标量衍射的精度已不能满足精度要求. 本文讨论了在采用矢量衍射计算方法基础上, 上述成像参数的变化, 所讨论系统入瞳面各点为偏振方向一致的线偏光或部分偏光, 以便于考察偏振对所述成像参数的影响, 通过公式推导和数值计算, 得出了由于偏振的影响. 系统衍射斑能量极大值变小,像面和偏振平行方向分辨率降低,分辨率出现各向异性, 只有系统焦深受偏振影响较小. 而这些矢量效应会随着系统数值孔径的提高而愈加明显, 因此在分析处理数值孔径较高的光学系统时必须使用矢量衍射方法. 最后讨论了轴外点衍射斑的计算.

关键词:

作者及机构信息

1.
浙江大学, 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027;

2.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,应用光学国家重点实验室,长春 130033

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10875105, 60977010)、航空科学基金(批准号: 2090176001)和应用光学国家重点实验室开放基金(批准号: Y1Q03FQK09)资助的课题.

参考文献

[1]	Hopkins H H 1943 Proc. Phys. Soc. 55 116
[2]	Flagello D G, Rosenbluth A E, Progler C, Armitage J 1992 Microelectronic Engineering. 17 105
[3]	Ignatowski W S 1919 Trans. Opt. Inst. Petrograd. 1 36
[4]	Richards B, Wolf E 1959 Proc. R. Soc. London A 253 358
[5]	Kant R 1991 Tech. Rep. TR02. 1713.B 25
[6]	Wang W J, Friberg A T, Wolf E 1997 J. Opt. Soc. Am. A 14 491
[7]	Bowkamp C J 1954 Rep. Pro. Phys. 17 35
[8]	Born M , Wolf E 2009 Principles of Optics. (7th Ed.) (Beijing: Publishing House of Electronics Industry Press) p383 (in Chinese) [马科斯·玻恩, 埃米尔·沃耳夫 2009 光学原理(第七版) (北京: 电子工业出版社) 第383页]
[9]	Liu C, Cen Z F 2012 Acta Phys. Sin. 61 134201 (in Chinese) [刘超, 岑兆丰 2012 物理学报 61 134201]
[10]	Xu W C 2011 Ph. D. Dissertation (Changchun: The Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sicence) (in Chinese) [许伟才 2011 博士学位论文 (长春: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)]

施引文献

[1]	Hopkins H H 1943 Proc. Phys. Soc. 55 116
[2]	Flagello D G, Rosenbluth A E, Progler C, Armitage J 1992 Microelectronic Engineering. 17 105
[3]	Ignatowski W S 1919 Trans. Opt. Inst. Petrograd. 1 36
[4]	Richards B, Wolf E 1959 Proc. R. Soc. London A 253 358
[5]	Kant R 1991 Tech. Rep. TR02. 1713.B 25
[6]	Wang W J, Friberg A T, Wolf E 1997 J. Opt. Soc. Am. A 14 491
[7]	Bowkamp C J 1954 Rep. Pro. Phys. 17 35
[8]	Born M , Wolf E 2009 Principles of Optics. (7th Ed.) (Beijing: Publishing House of Electronics Industry Press) p383 (in Chinese) [马科斯·玻恩, 埃米尔·沃耳夫 2009 光学原理(第七版) (北京: 电子工业出版社) 第383页]
[9]	Liu C, Cen Z F 2012 Acta Phys. Sin. 61 134201 (in Chinese) [刘超, 岑兆丰 2012 物理学报 61 134201]
[10]	Xu W C 2011 Ph. D. Dissertation (Changchun: The Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sicence) (in Chinese) [许伟才 2011 博士学位论文 (长春: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)]

[1]	程志远, 马彩文, 罗秀娟, 张羽, 朱香平, 夏爱利. 抑制孔径间距误差影响的相干场成像质量提升方法研究. 物理学报, 2015, 64(12): 124203. doi: 10.7498/aps.64.124203
[2]	刘政, 王胜千, 黄林海, 饶长辉. 相位平移误差与子孔径自身像差对稀疏光学合成孔径系统成像质量的综合影响分析. 物理学报, 2011, 60(10): 100702. doi: 10.7498/aps.60.100702
[3]	程志远, 马彩文, 马青. 激光光强扰动对相干场成像降质影响理论研究. 物理学报, 2017, 66(24): 244202. doi: 10.7498/aps.66.244202
[4]	王凌, 徐之海, 冯华君. 多分散高浓度介质偏振光后向扩散散射的Monte Carlo仿真. 物理学报, 2005, 54(6): 2694-2698. doi: 10.7498/aps.54.2694
[5]	吴良海, 张骏, 范之国, 高隽. 多次散射因素影响下天空偏振光模式的解析模型. 物理学报, 2014, 63(11): 114201. doi: 10.7498/aps.63.114201
[6]	巴音贺希格, 齐向东, 唐玉国. 位相光栅色散特性的矢量衍射理论分析. 物理学报, 2003, 52(5): 1157-1161. doi: 10.7498/aps.52.1157
[7]	邓小玖, 汪国安, 刘彩霞, 赖传伟. 非傍轴矢量光束二阶矩的发散特性. 物理学报, 2009, 58(12): 8260-8263. doi: 10.7498/aps.58.8260
[8]	刘丽想, 杜国浩, 胡雯, 谢红兰, 肖体乔. X射线同轴轮廓成像中影响成像质量的若干因素研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4556-4564. doi: 10.7498/aps.56.4556
[9]	李春艳, 陆卫国, 乔琳. 快速空间测角系统中偏振像差的分析与研究. 物理学报, 2018, 67(3): 030703. doi: 10.7498/aps.67.20171702
[10]	钟哲强, 母杰, 王逍, 张彬. 基于紧聚焦方式的阵列光束相干合成特性分析. 物理学报, 2020, 69(9): 094204. doi: 10.7498/aps.69.20200034
[11]	徐兰青, 李晖, 谢树森. 手性介质中后向散射米勒矩阵特性及其在血糖无创检测中的应用初探. 物理学报, 2008, 57(9): 6024-6029. doi: 10.7498/aps.57.6024
[12]	张羽, 罗秀娟, 曹蓓, 陈明徕, 刘辉, 夏爱利, 兰富洋. 傅里叶望远镜发射阵列的冗余度及冗余度-斯特列尔比-目标信息特性分析. 物理学报, 2016, 65(11): 114201. doi: 10.7498/aps.65.114201
[13]	肖家曦, 齐国生, 胡华, 徐端颐. 多阶光存储原理分析及其读写系统前端信号处理研究. 物理学报, 2005, 54(1): 102-106. doi: 10.7498/aps.54.102
[14]	王铮, 高春清, 辛璟焘. 高阶矢量光束高数值孔径聚焦特性的研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124209. doi: 10.7498/aps.61.124209
[15]	支绍韬, 章海军, 张冬仙. 基于大数值孔径环形光锥照明的超分辨光学显微成像方法研究. 物理学报, 2012, 61(2): 024207. doi: 10.7498/aps.61.024207
[16]	张艳丽, 赵逸琼, 詹其文, 李永平. 高数值孔径聚焦三维光链的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1253-1258. doi: 10.7498/aps.55.1253
[17]	李旸晖, 郝翔, 史召邑, 帅少杰, 王乐. 光学薄膜诱导偏振像差对大数值孔径光学系统聚焦特性的影响. 物理学报, 2015, 64(15): 154214. doi: 10.7498/aps.64.154214
[18]	袁强, 赵文轩, 马睿, 张琛, 赵伟, 王爽, 冯晓强, 王凯歌, 白晋涛. 基于偏振光相位调制的超衍射极限空间结构光研究. 物理学报, 2017, 66(11): 110201. doi: 10.7498/aps.66.110201
[19]	陈国钧, 周巧巧, 纪宪明, 印建平. 用线偏振光产生可调矢量椭圆空心光束. 物理学报, 2014, 63(8): 083701. doi: 10.7498/aps.63.083701
[20]	唐茜, 赵葆常, 邱跃洪, 张淳民, 穆廷魁. 基于光瞳分割和角剪切的成像偏振光谱技术. 物理学报, 2012, 61(23): 230701. doi: 10.7498/aps.61.230701

引用本文:

Citation:

计量

文章访问数: 4044
PDF下载量: 846
被引次数: 0

偏振对光学系统成像质量的影响

1. 浙江大学, 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027;

2. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,应用光学国家重点实验室,长春 130033

基金项目:

国家自然科学基金(批准号: 10875105, 60977010)、航空科学基金(批准号: 2090176001)和应用光学国家重点实验室开放基金(批准号: Y1Q03FQK09)资助的课题.

收稿日期: 2011-05-10

修回日期: 2012-06-25

刊出日期: 2012-12-05

摘要: 通常情况下,评价光学成像系统像质的几个重要参数, 如能量集中度(Strehl比)、分辨率、焦深等,都是以标量衍射理论为基础进行计算和分析的.考虑光波的矢量偏振特性,尤其是在高数值孔径系统中,标量衍射的精度已不能满足精度要求. 本文讨论了在采用矢量衍射计算方法基础上, 上述成像参数的变化, 所讨论系统入瞳面各点为偏振方向一致的线偏光或部分偏光, 以便于考察偏振对所述成像参数的影响, 通过公式推导和数值计算, 得出了由于偏振的影响. 系统衍射斑能量极大值变小,像面和偏振平行方向分辨率降低,分辨率出现各向异性, 只有系统焦深受偏振影响较小. 而这些矢量效应会随着系统数值孔径的提高而愈加明显, 因此在分析处理数值孔径较高的光学系统时必须使用矢量衍射方法. 最后讨论了轴外点衍射斑的计算.

关键词:

The effect of polarization light on optical imaging system

1.
State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;

2.
State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China

Fund Project:

Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10875105, 60977101), the Aero-Science Foundation, China (Grant No. 2009017001), and the Open Foundation of State Key Laboratory of Applied Optics, China (Grant No. Y1Q03FQK09).

Received Date: 10 May 2011

Accepted Date: 25 June 2012

Published Online: 05 December 2012

Abstract: Normally, Strehl ratio, resolution, and focus depth, the parameters that are used to evaluate the performance of an optical imaging system, are always calculated by scalar diffraction method. Considering the vectorial properties of light, especially when the system numerical aperture (NA) is high, the accuracy of scalar method can no longer fulfill the requirement of analysis. The variations of properties of these parameters accompanied by using of vectorial method are discussed. In order to describe the effects of polarization clearly, assuming a system with identical polarization state within the entrance pupil, by formula deduction and numerical simulation, we conclude that due to the influence of the polarization, the maximum intensity of system diffraction spot decreases, the resolution between image plane and parallel polarized orientation of incident light drops down, then the diffraction spot loses its circular symmetry, the focus depth changes slightly, and these effects becomes more apparent with the increase of system NA. Finally, the method of calculating the off-axis images is discussed in the paper.

Keywords:

全文HTML

参考文献 (10)

搜索

留言板