片状复合消色差光相位延迟器设计

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1、曲阜师范大学硕士学位论文片状复合消色差光相位延迟器设计姓名：郑春红申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：宋连科2003.3.1塑茎苎!蔓摘要光相位延迟器，是偏光技术和激光技术领域中极为重要的光学器件，也是最基本的光相位调制器．它能使透过它的振动方向相互垂直的两束光波彼此之间产生一定的相位差，故称光相位延迟器．常用的有入／4相位延迟器和X／2相位延迟器．光相位延迟器同其他偏光器件相配合，可以实现光的各种偏振态之间的相互转换、偏振面的旋转以及各类光波的调制。可以说几乎所有应用偏光技术的地方都离不开光相位

2、延迟器．常规的光相位延迟器是由双折射材料制成的，由于材料的双折射率同波长密切相关，使其产生的相位延迟量也同波长具有严格的一一对应关系(即材料的色散现象)，因而常规相位延迟片多用于单一波长，不同波长之间使用不可兼顾，这在使用中带来诸多的不便．于是有人提出了消色差相位延迟器．光相位延迟量与波长无关的延迟器称为消色差延迟器，消色差延迟器削弱了相位延迟量对波长的依赖程度，有着广阔的应用前景．消色差延迟器能用各种方法制作，设计形式多种多样，设计思路也不尽相同，但它们的共同之处是努力提高消色差范围和延迟量精度．

3、消色差相位延迟器，根据设计的机理不同可以分成两大类：一是全内反射型消色差相位延迟器，二是双折射型消色差相位延迟器．实践证明，理想的消色差渡片应当以简便片状双折射型设计为主，在此基础上考虑其他方面因素的影响，提高其设计精度，避免光路系统偏折，降低插入损耗，从而提高器件的可探作性．最简单的片状消色差延迟片是由一种双折射材料削戍的消色差延迟器．根据关系式6-±27rd(n。一o／入可知，如果材料的双折射率与波长成正比，延迟量便与波长无关，即可获得消色差相位延迟器．但是目前自然界中满足该条件的材料极少，无法

4、推广使用．在长期的实验研究中发现，如果将多个延迟片进行复合，当满足一定的复合条件时，复合波片也可以实现消色差的目的．复合消色差渡片的设计主要摘要第2页采用以下两种方法，一种是利用同种材料组合，根据工作波段来选取各片的厚度，设计光轴之间的夹角．另一种方法是采用不同的材料组合，设计的关键在于选择双折射色散相匹配、物化性能相近的晶体材料进行组合．本论文根据上述两种方法，对复合波片理论、复合消色差延迟片的设计方法和理论基础进行了系统、全面的讳论，并在此基础上提出了自己的优化设计方案，在工艺加工技术方面提出了

5、改进方法．全文概括起来包括以下几个方面的内容：第一章绪论部分主要介绍了消色差相位延迟器各种不同的设计方法和思路；目前国内外研究发展概况及发展方向；以及对这一课题进行研究的重大意义。第二章首先介绍了单元渡片相位延迟理论，并结合云母渡片和石英波片说明了单元波片存在的不足之处；然后利用复合波片理论和琼斯矩阵的方法，分别对相同材料组合的二元和三元复合式波片进行了详细的理论推导；最后扼要介绍了不同材料组合的基本理论．第三章首先介绍了消色差相位延迟器的理论研究状况；在前一章的基础上对片状双折射型消色差波片每一种

6、设计方法进行了系统、深入的分析和讨论，总结出同种材料复合式消色差延迟片延迟量随波长变化的理论曲线；在复合式补偿器设计基础上讨论了其消色差性能：最后给出了不同材料组合下复合式消色差波片的设计参数．第四章，也是本文的主要创新之处，根据同种材料复合式消色差延迟片延迟t随波长变化的理论曲线，在片状三元复合式消色差波片的设计基础上提出了自己的优化设计方案，理论和实验分析表明：依据此方案选择不同的复合方式，精确调整复合角度，可以使消色差光谱范围得到明显拓宽，消色差精度也得到了进一步的提高；结合光学晶体材料本身的

7、一些物理、化学特性，对两种复合式消色差延迟片进行了设计实例分析与讨论，并进行了实验误差、加工技术等方面的探讨，为今后的工作指明了方向．本论文为复合消色差波片设计提供了很好的理论依据，为进一步拓宽消色差范围、提高复合渡片的消色差性能奠定了理论基础，因此摘要第3页我们的研究具有一定的实用参考价值．通过上述工作，作者认为今后工作的重点应是进一步提高现有的工艺技术水平、完善实验条件，使这一方面的工作取得更大突破。堂!坠g。．．————三ABSTRACTopticalPhaseRetardersarenoto

8、nlyimportantopticalcomponentsinlasertechniqueandpolarized1ighttechniquefields，butalsothebasicopticalphasemodulatorsthatintroduceaphaseshiftbetweenorthogonalandlinearlypolarizedcomponentwhenlighttransmittesthroughthem．Theco盥80narequarter