晶體偏光棱鏡對激光光束的影響.pdf

1、偏光棱鏡由天然光學晶體冰洲石制成，由于天然冰洲石晶體的光學性能穩(wěn)定，透射光譜范圍寬(240～2800nm)，雙折射率大，不潮解等優(yōu)點，所以由其制成的偏光棱鏡在當前激光應用技術中得到了廣泛應用。 隨著激光應用技術，特別是強激光及激光在信息光學領域內(nèi)的快速發(fā)展，對激光光束的研究越來越受到人們的重視。除常規(guī)的單模高斯光束、厄米-高斯光束和拉蓋爾-高斯光束外，一些新型的光束也被提出來，并得到廣泛的應用，如厄米-雙曲余弦-高斯光束、平頂-

2、高斯光束、余弦-高斯光束、橢圓-高斯光束、超高斯光束等，但這些光束大都可以通過基本的光束乘以相應的因子得到。除此之外，J．Durnin在1987年提出的貝塞爾光束，由于這種光束傳播時光強分布不會隨距離改變而改變，或是變化很小，即具有“非衍射”特性，因而引起了相關科研人員的研究興趣。 目前，對于各種激光光束通過光學系統(tǒng)、各類介質(zhì)的傳輸和變換規(guī)律，已有大量的理論和實驗研究成果，并形成了一套成熟的研究方法，即從ABCD光線變換矩陣和A

3、BCD定律出發(fā)，通過Collins公式討論光束的傳輸問題。但是，當研究激光光束通過組合的晶體偏光棱鏡的傳輸問題時，由于組合偏光棱鏡的空氣隙或膠合層中存在光的干涉現(xiàn)象，所以不能直接寫出組合偏光器件的ABCD光線變換矩陣，所以無法直接利用Collins公式討論光束的傳輸問題。當然，這種干涉現(xiàn)象也不同于光學諧振腔的干涉，不能直接利用光束在諧振腔中的傳輸理論來解決光束通過空氣隙或膠合層的傳輸問題。 本文從基本的干涉理論出發(fā)，結合常用各種

4、晶體偏光棱鏡的結構特點，深入剖析了激光光束在棱鏡各組成部分的分界面上的反射和透射情況，以及由此在棱鏡內(nèi)引起的干涉現(xiàn)象，最終給出了各種常見晶體偏光棱鏡(包括格蘭-泰勒棱鏡、格蘭-傅科棱鏡、馬普-赫斯棱鏡、格蘭-湯姆遜棱鏡、李普奇棱鏡和渥拉斯頓棱鏡)對常用激光光束(包括單模高斯光束、厄米-高斯光束、拉蓋爾-高斯光束和零階貝賽爾光束)光強分布影響的數(shù)學表達式。本文還進一步給出了各種棱鏡對各種激光光束的影響與棱鏡結構參數(shù)(包括棱鏡結構角、膠合層

5、厚度和膠合層介質(zhì)的折射率)之間關系的計算機仿真結果，并且對格蘭-泰勒棱鏡、格蘭-傅科棱鏡以及格蘭-湯姆遜棱鏡對單模高斯光束影響的理論分析進行了實驗驗證，實驗結果證明了理論分析的正確性。另外，理論分析和實驗結果均表明：當棱鏡結構參數(shù)或激光光束在棱鏡端面上的入射角發(fā)生改變時，透射光束會呈現(xiàn)周期性振蕩，且振蕩的幅度和頻率會有所變化，相比較而言，空氣隙棱鏡對激光光束的影響要大于光學膠膠合棱鏡，而在空氣隙晶體偏光棱鏡中，對激光光束光強分布影響最大

6、的是格蘭-傅科棱鏡。 本文的主要創(chuàng)新之處在于：通過對各種常用晶體偏光棱鏡結構的分析，給出了激光光束在棱鏡各個組成部分的界面上的反射和透射特性，并進一步分析得出激光光束在棱鏡內(nèi)部的干涉特性，從而最終得出常用晶體偏光棱鏡對常用激光光束光強分布影響的數(shù)學表達式；并且，根據(jù)表達式模擬繪出了棱鏡對各種激光光束的影響隨棱鏡結構參數(shù)變化的圖形。 另外，設計了實驗，對三種棱鏡對激光光束光強分布的影響進行實驗驗證，結果證明了理論分析的正確