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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

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
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  • 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.
    • 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.
    [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]

    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)]

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-10
  • 修回日期:  2012-06-25
  • 刊出日期:  2012-12-05

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.

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.

English Abstract

参考文献 (10)

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