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关于光学系统中光束能量和偏振态的分析方法

作 者: 刘超
导 师: 李晓彤;岑兆丰
学 校: 浙江大学
专 业: 光学工程
关键词: 无偏振光 部分偏振光 偏振态 光束能量 大数值孔径
分类号: O436.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 41次
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内容摘要


一套好的对于光束能量和偏振态的分析方法将对我们设计光学系统起到很好的指导作用。在光学系统中,不同偏振态光束的能量的计算方法是不同的。由于在振动面内任意方向都存在着振动,无偏振光部分偏振光传播时能量和偏振态变化情况比较复杂,在某些情况下,例如大数值孔径成像时,光束的偏振态还会影响成像质量。借助光线追迹的方法,本文对不同偏振态光束的能量和偏振态分析方法做了较系统的研究。本文的创新点在于,针对无偏振光和部分偏振光,首先提出了一种用采样线偏振光来描述非完全偏振光能量和偏振态的方法,该方法具有较好的直观性,较高的精度,但是计算量较大。为了减小计算量,本文又提出一种光线椭圆方法,该方法引入光线椭圆来描述非完全偏振光能量和偏振态,并采用光线椭圆叠加的办法来分析光束在光学系统传输时能量和偏振态的变化情况。文章选取不同的光学系统,举例介绍了这两种分析方法的应用,最后并对大数值孔径、高像质的齐明透镜系统讨论了入射无偏振光能量、偏振态的变化,以及大数值孔径带来的偏振效应问题。结果表明,大数值孔径使成像光束中TM偏振光强度相对增加,影响成像对比度;提高像方介质的折射率,例如将像方介质改为折射率油,会改善此种偏振效应问题。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 引言  9-11
  1.2 光学系统中光束能量传递和偏振态变化的研究意义  11-12
  1.3 光学系统中光束能量传递和偏振态变化研究方法的现状  12-16
    1.3.1 琼斯矢量法  12-13
    1.3.2 斯托克斯矢量法  13
    1.3.3 几何表示法  13-14
    1.3.4 图示法  14-15
    1.3.5 两束线偏振光描述部分偏振光的方法  15-16
    1.3.6 主流软件的偏振分析功能介绍  16
  1.4 本文研究的主要内容  16-18
第二章 完全偏振光能量传递和偏振态描述方法  18-24
  2.1 线偏振光  18-21
    2.1.1 各向同性均匀介质表面处局部坐标系建立方法  18-20
    2.1.2 线偏振光光线追迹  20-21
  2.2 椭圆偏振光  21
  2.3 完全偏振光能量传递与偏振态变化分析方法应用  21-24
第三章 线偏振光描述非完全偏振光的方法  24-32
  3.1 原理介绍  24-25
  3.2 采样线偏振光在光学系统中传输时的处理  25-26
  3.3 非完全偏振光的能量和偏振态  26-27
  3.4 超广角鱼眼光学系统能量和偏振态分析  27-32
第四章 光线椭圆的分析方法  32-40
  4.1 引入光线椭圆  32
  4.2 采用光线椭圆叠加的办法来描述非完全偏振光的能量和偏振态的变化  32-33
  4.3 光线椭圆的获得方法  33-36
    4.3.1 光线椭圆长短轴与光束能量的关系  33-34
    4.3.2 光线追迹中,光束能量的计算方法  34
    4.3.3 椭圆长轴及其方向的确定方法  34-36
  4.4 光线椭圆分析方法应用  36-39
  4.5 本章小结  39-40
第五章 各种分析方法的实现与应用  40-55
  5.1 软件模块实现  40-44
    5.1.1 入射光束的偏振态的定义  40-41
    5.1.2 偏振光瞳分布图  41
    5.1.3 偏振分析模块程序流程图  41-44
  5.2 几种特殊情况的处理方法  44-47
    5.2.1 布鲁斯特角入射  44-45
    5.2.2 表面镀膜  45-47
  5.3 高像质齐明透镜系统中光束偏振效应分析  47-50
  5.4 偏振鬼像分析  50-55
第六章 总结和展望  55-57
参考文献  57-59
作者简历  59

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 物理光学(波动光学) > 偏振与色散
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