梯度折射率球透鏡的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、梯度折射率或變折射率通常被用于描述非均勻介質(zhì)，其折射率為點對點的變化。常用于研究的梯度折射率介質(zhì)有三種：一是軸向梯度折射率介質(zhì)。此種情況下，其折射率沿非均勻介質(zhì)的光軸方向連續(xù)變化，等折射率面是與光軸垂直的平面；二是徑向梯度折射率介質(zhì)。其折射率從光軸到邊緣沿橫向連續(xù)變化，等折射率面是圍繞光軸的同心圓柱面。在特定條件下，折射率隨橫向距離的變化滿足拋物線規(guī)律，此介質(zhì)被稱為自聚焦透鏡；最后一種類型是球型梯度折射率介質(zhì)。球型梯度可以被認為是圍繞某

2、點的對稱性折射率。因此，等折射率面是同心球，通過球型梯度的光線傳輸方程是與短程透鏡相似。梯度折射率球透鏡是一種折射率以球心為對稱中心，并沿球半徑方向分布的球型光學(xué)元件。它具有簡單的幾何形狀和優(yōu)秀的光學(xué)特性，可以用于光纖通信傳輸系統(tǒng)，也可以用作成像光學(xué)元件及光傳感器件。 本論文主要從理論和實驗兩方面研究梯度折射率球透鏡的制備與光學(xué)性能問題。并設(shè)計了梯度折射率球透鏡和梯度折射率棒透鏡的眼睛模型，以及提出氧化物模型用于分析梯度折射率棒

3、透鏡的色差。 論文主要研究工作如下： 第一章對梯度折射率光學(xué)的發(fā)展和制備技術(shù)進行敘述，指出梯度折射率光球透鏡的光學(xué)特點，并給出了研究梯度折射率球透鏡的意義； 第二章主要從理論方面研究梯度折射率球透鏡的折射率和光線軌跡。基于菲克擴散方程、費馬定律與程函方程，建立了用于計算梯度折射率球透鏡的折射率分布方程和光線軌跡方程，分析了不同半徑下的梯度折射率球透鏡的折射率分布和光線軌跡。 第三章敘述了用于制備梯度折射率

4、球透鏡的基礎(chǔ)玻璃制作工藝，包括玻璃配方設(shè)計、熔煉工藝和性能測試方面的內(nèi)容，并采用槽沉法和離子交換法制備了梯度折射率球透鏡，測試了梯度折射率球透鏡表面特性和透過率； 第四章分別采用薄片干涉法、橫向微分干涉法和光學(xué)相干層析技術(shù)測試了梯度折射率球透鏡的折射率分布，從而驗證了梯度折射率球透鏡折射率分布理論的正確性。分析了不同測試方法下的梯度折射率分布情況和干涉圖像，并獲得了梯度折射率球透鏡中的真實光線軌跡；在近軸近似情況下，建立用于計算

5、梯度折射率球透鏡的有效焦距和后焦距方程，并測試了梯度折射率球透鏡的有效焦距、后焦距、數(shù)值孔徑和焦斑衍射強度； 第五章設(shè)計梯度折射率球透鏡和梯度折射率棒透鏡的眼睛模型，并與已有的四種眼睛模型和真實眼睛模型進行比較，分析了不同眼睛模型下的球差、徑向和切向能量損耗、像差、場曲； 第六章提出氧化物模型用于分析梯度折射率棒透鏡色差，并制備了K+/Tl+，Li+/Na+和K+/Cs+離子交換的梯度折射率棒透鏡；采用氧化物模型和Hug