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消偏振分光棱镜膜系分析与设计

史金辉  
【摘要】:当光线倾斜入射时,各层光学薄膜的有效厚度变薄。由于在薄膜每一个分界面处电场和磁场的切向分量连续,膜层不可避免地会产生偏振效应,尤其是封闭在胶合棱镜内的膜层更是如此。在很多实际应用中,这种偏振效应是有害的,因此必须消除,由此提出无偏振效应分光棱镜的概念。 迄今为止,已见报道的消除分光棱镜偏振效应的方法不多,而且大多限于可见光波段。本文提出红外波段的无偏振效应分光棱镜的设计方法及其理论分析,针对不同型号的玻璃基底分别给出了红外无偏振效应分光棱镜膜系的具体设计,并给出了膜系光学特性的计算机仿真结果。 从薄膜光学基本理论出发,介绍菲涅尔公式以及单层膜和多层周期膜的设计思想。深入地了解消偏振膜系的发展,详细分析多种消偏振技术手段,其中主要研究了Gilo的消偏振设计思想。利用特征矩阵计算方法,对文献中可见波段的消偏振膜系进行了验证,为红外消偏振分光膜系的设计奠定了基础。借助科希色散公式得到膜系材料在红外波段下的折射率,分别以重火石ZF-7玻璃、K9玻璃为基底材料给出了相应的红外波段消偏振膜系。 文中绝大部分膜系都满足设计要求。根据受抑全反射原理设计的消偏振膜系以及金属-介质消偏振膜系可以在全波段满足分光比要求,但是反射相移有些偏大。由计算机仿真可知,材料色散对消偏振分光膜系性能的影响很小。最后,分析了在制作消偏振分光棱镜时需要注意的技术问题。


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