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1、梯度折射率光学材料与器件简介作者指导老师梯度折射率材料的发展摘要TOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4第一章第二章第三章第四章梯度折射率材料的类型梯度折射率材料制成的器件结语MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率材料的发展第一章近年来，光学领域以其一系列崭新成就而为世人所注目，其中之一就是得到迅速发展的梯度折射率光学。梯度折射率光学在材料制备、器件制作、性能测试的实验和理论研究，尤其是以远距离通信、信息传感及以成像为目的的研究方面显示出了广阔的应用前景。早在公元100年,人们就己观察到“海市蜃楼”奇景,它就是由于大气层折射率的局部变化对地面
2、景色产生折射而出现的一种奇观。人类眼睛晶状体就是梯度折射率变化的,这种梯度变化的材料和晶状体表面的非球面都极有利于像差的校正。通过对这些自然现象的观察、研究,人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性可以导致一些均匀介质所不具有的光学性能MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率材料的发展第一章在1854年,英国著名物理学家麦克斯韦(Maxwell)提出的Maxwell鱼眼介质模型,这是梯度折射率光学介质最早的理论设想被称为理想的“绝对光学仪器”1900年,伍德(R.W.Wood)用明胶制成了折射率成轴对称分布的圆柱棒,沿垂直于棒轴方向的切片对光有会聚和发散作用
3、,即历史上有名的伍德透镜,也是现在的径向梯度折射率棒透镜的雏形。1944年,鲁尼博格提出了一种能使无穷远物点锐成像的球透镜模型,与Maxwell鱼眼介质模型一样,Luneburg透镜的折射率分布是球对称的。MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率材料的发展第一章1954年有人提出了一种能理想成象的折射率分布:此即抛物线型折射率分布,该模型可以把子午光线周期性的、无像差的会聚于一点。为径向梯度折射率棒透镜的发展提供了重要的理论依据80年代是梯度折射率光学理论蓬勃发展的时期。人们发展了光线转换的光线追迹方法,提出了光波面截距法及平行光轴光线追迹法和不同的计
4、算光程的方法。不仅使人们对梯度折射率材料的性能有了更深刻的认识,而且为人们提供了很有用的设计方法。MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率材料的发展第一章1964年,日本的西泽和佐佐木利用当时已存在的离子交换工艺可以改变玻璃表面折射率的技术,大胆设想可以采用离子交换工艺来制作梯度折射率介质。1970年,日本采用离子交换工艺首次成功制作了梯度折射率介质透镜-聚光纤棒,称为自聚焦透镜1973年,奥特萨卡采用两步扩散-共聚工艺制作了塑料梯度折射率透镜。标志着梯度折射率光学进入新的发展阶段。在我国,中国科学院西安光学精密机械研究所从1972年开始在著名光学专家
5、龚祖同院士指导下进行自聚焦透镜的研究。MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率材料的发展第一章1974年他们采用离子交换方法制作出实验样品自聚焦透镜。1988年他们研究的样品分辨率得到较大的提高。在1991年,刘德森等人采用两步电场辅助下的光刻离子交换工艺成功制作出球形平面微透镜阵列。到1999年,技术就已经相当完善了,所制作的自聚焦透镜的某些性能甚至超过日本的产品。2002年,刘德森等人采用平面掩膜光刻离子交换技术研制出用于大功率激光二极管阵列光束整形的平面梯度折射率微柱透镜。MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率
6、材料基本分类第二章梯折材料按其折射率的分布特性可分为五种基本类型即轴向梯折材料、径向(或园柱形)梯折材料、球面梯折材料、层状梯折材料、圆锥状梯折材料1轴向梯折材料轴向梯折材料的折射率沿光轴连续地变化，等折射率面是一系列与光轴垂直的平面。如果设此方向为光轴z方向,则其折射率满足2.1基本分类MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率材料的类型第二章二、径向(或园柱形)梯折材料。它的折射率从光轴向外连续地变化，等折射率面是与光轴相对应的无数圆柱面。折射率函数可写作三、球面梯折材料其折射率分布有一对称点，等折射率面是无数以对称点为中心的球面。梯度的对称中心与表
7、面的曲率中心不一定需要重合。具有这种分布的介质，且圆柱端面垂直于轴者称为Wood透镜。细而长的Wood透镜适用于光通讯等领域。麦克斯韦鱼眼透镜、鲁尼伯格透镜是早期发展起来的球面梯折材料，用于光谱的微波区域。MainPageTOPIC1TOPIC2TOPIC3TOPIC4梯度折射率材料的类型第二章四、层状梯度分布材料折射率仅沿x轴(或y轴)方向变化，折射率可写作n=n(x)或n=n(y)形式。具有该分布的介质在有梯度的方向上对光线进行汇聚(发散)
