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《天津大学》 2017年
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基于KTP晶体的锥形衍射理论和实验的研究

聂鹏程  
【摘要】:双轴晶体的锥形衍射效应是一种在空间中形成空心光锥奇异的光学现象。为了将锥形衍射的特性应用于光纤旋转连接器,加深锥形衍射的理解并推动锥形衍射应用的发展,本文对锥形衍射理论和实验进行了研究。本文提出了双轴晶体后表面为曲面时的锥形衍射公式,并且计算了晶体前表面与光轴不垂直时,发生锥形衍射的入射角,该研究降低了对晶体表面形状和加工偏差的要求,为锥形衍射光路中器件的集成奠定了基础;本文基于锥形衍射的角谱理论,给出了包含有ABCD光学系统的锥形衍射公式,解决了ABCD光学系统后方锥形衍射光强的计算问题,拓宽了锥形衍射的应用范围;为了研究难以用解析式表达入射光的锥形衍射并提高模拟计算速度,本文提出了基于快速傅里叶变换的锥形衍射计算方法,并给出了满足取样条件下的物平面取样宽度,为复杂入射光锥形衍射的研究及快速计算该条件下的锥形衍射奠定了基础。本文主要工作:1研究了入射光和晶体光轴间夹角参数u与锥形衍射图案间的关系,提出基于锥形衍射的角度测量的方案。给出了晶体后表面为曲面时的锥形衍射公式,对晶体后表面为球面的情况进行了实验验证。计算了晶体前表面与光轴不垂直时产生锥形衍射的入射角。2讨论了包含成像透镜的锥形衍射公式,实验研究了成像透镜后方锥形衍射图案的变化。并将上述公式中的成像透镜拓展到以ABCD矩阵描述的光学系统,实验研究了通过透镜组后方的锥形衍射,验证了公式的可靠性。3提出了基于快速傅里叶变换的锥形衍射计算方法,给出了锥形衍射传递函数取样条件,分析了空域的离散与频域的截断对计算结果的影响。模拟了通过不同尺寸正方形光阑入射光的锥形衍射,发现了锥形衍射圆环半径与光阑半径比ρ_01时与高斯光束不同的现象。实验研究了经过正方形光阑衍射后的入射光的锥形衍射,验证了基于快速傅里叶变换的锥形衍射计算方法的可行性。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O436.1

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