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《曲阜师范大学》 2008年
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晶体偏光棱镜对激光光束的影响

王涛  
【摘要】: 偏光棱镜由天然光学晶体冰洲石制成,由于天然冰洲石晶体的光学性能稳定,透射光谱范围宽(240~2800nm),双折射率大,不潮解等优点,所以由其制成的偏光棱镜在当前激光应用技术中得到了广泛应用。 随着激光应用技术,特别是强激光及激光在信息光学领域内的快速发展,对激光光束的研究越来越受到人们的重视。除常规的单模高斯光束、厄米—高斯光束和拉盖尔—高斯光束外,一些新型的光束也被提出来,并得到广泛的应用,如厄米-双曲余弦-高斯光束、平顶-高斯光束、余弦-高斯光束、椭圆-高斯光束、超高斯光束等,但这些光束大都可以通过基本的光束乘以相应的因子得到。除此之外,J.Durnin在1987年提出的贝塞尔光束,由于这种光束传播时光强分布不会随距离改变而改变,或是变化很小,即具有“非衍射”特性,因而引起了相关科研人员的研究兴趣。 目前,对于各种激光光束通过光学系统、各类介质的传输和变换规律,已有大量的理论和实验研究成果,并形成了一套成熟的研究方法,即从ABCD光线变换矩阵和ABCD定律出发,通过Collins公式讨论光束的传输问题。但是,当研究激光光束通过组合的晶体偏光棱镜的传输问题时,由于组合偏光棱镜的空气隙或胶合层中存在光的干涉现象,所以不能直接写出.组合偏光器件的ABCD光线变换矩阵,所以无法直接利用Collins公式讨论光束的传输问题。当然,这种干涉现象也不同于光学谐振腔的干涉,不能直接利用光束在谐振腔中的传输理论来解决光束通过空气隙或胶合层的传输问题。 本文从基本的干涉理论出发,结合常用各种晶体偏光棱镜的结构特点,深入剖析了激光光束在棱镜各组成部分的分界面上的反射和透射情况,以及由此在棱镜内引起的干涉现象,最终给出了各种常见晶体偏光棱镜(包括格兰-泰勒棱镜、格兰-傅科棱镜、马普-赫斯棱镜、格兰-汤姆逊棱镜、李普奇棱镜和渥拉斯顿棱镜)对常用激光光束(包括单模高斯光束、厄米—高斯光束、拉盖尔—高斯光束和零阶贝赛尔光束)光强分布影响的数学表达式。本文还进一步给出了各种棱镜对各种激光光束的影响与棱镜结构参数(包括棱镜结构角、胶合层厚度和胶合层介质的折射率)之间关系的计算机仿真结果,并且对格兰-泰勒棱镜、格兰-傅科棱镜以及格兰-汤姆逊棱镜对单模高斯光束影响的理论分析进行了实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。另外,理论分析和实验结果均表明:当棱镜结构参数或激光光束在棱镜端面上的入射角发生改变时,透射光束会呈现周期性振荡,且振荡的幅度和频率会有所变化,相比较而言,空气隙棱镜对激光光束的影响要大于光学胶胶合棱镜,而在空气隙晶体偏光棱镜中,对激光光束光强分布影响最大的是格兰-傅科棱镜。 本文的主要创新之处在于:通过对各种常用晶体偏光棱镜结构的分析,给出了激光光束在棱镜各个组成部分的界面上的反射和透射特性,并进一步分析得出激光光束在棱镜内部的干涉特性,从而最终得出常用晶体偏光棱镜对常用激光光束光强分布影响的数学表达式;并且,根据表达式模拟绘出了棱镜对各种激光光束的影响随棱镜结构参数变化的图形。另外,设计了实验,对三种棱镜对激光光束光强分布的影响进行实验验证,结果证明了理论分析的正确性。
【学位授予单位】:曲阜师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:O436.3

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