偏光棱镜光束质量与材料缺陷关系研究

发布时间：2017-10-09 18:40

  本文关键词：偏光棱镜光束质量与材料缺陷关系研究

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【摘要】：双折射晶体偏光棱镜是一种高消光性能的偏振器件,目前综合性能比较,当属冰洲石晶体制作的棱镜最具选择优势。能够制造偏光棱镜的冰洲石晶体目前仍极度依赖天然材料,这就导致了批量器件性能不稳定的状况。天然冰洲石是一种昂贵的单晶体材料,由于天然生长,材料不可避免地存在各种类型的瑕疵,这些缺陷最终影响到器件的性能,甚至导致无法使用,近年来大量偏光干涉成像实验就说明了这一情况。如何在器件制作过程中的材料筛选环节及早发现问题,并将有问题的晶体加以甄别处理,分不同情况对其开发利用,既降低了制造成本又满足不同技术需要,是一件非常有实际意义的工作。查阅文献显示针对偏光器件性能与材料缺陷联系的研究未见报道,我们通过缺陷影响折射率变化的思路对相关光学现象的产生及处理方法加以研究,尝试给出冰洲石选材使用方面的建议,给相关设计人员提供一个有价值的参考依据。本文中选取了有不同程度的疖瘤缺陷的晶体和有杂质的晶体为原材料,分别制作成格兰·泰勒棱镜,设计了两套原理类似的实验测量系统,利用相同的实验方法,用MATLAB从两个不同的角度来分析采集的数据。对于疖瘤晶体采用自制CCD光束光斑形貌测量实验系统,利用激光作为光源来扫描样品并采集其透射光斑图像,经MATLAB图像处理分析得到不同疖瘤对像的影响程度;对于有杂质的晶体采用的是CCD测量光束光强的实验系统,在该系统下用He-Ne632.8nm激光作为光源来检测带有绿线散射冰洲石材料所制作的泰勒棱镜的透射光束光斑情况,经过多次实验,取得了激光经过晶体和原始激光的光强分布数据,并用MATLAB进行计算分析得到光强的高斯分布曲线。实验结果表明,天然冰洲石晶体缺陷存在几率非常高,然而很多疖瘤是我们用肉眼观察不到的,但是在我们的设计的实验下能够清晰显示,这种方法极为简单方便。用MATLAB处理后我们对疖瘤大小的灰度值进行分级,然后再根据每个级别的疖瘤来对物体的成像影响来建立一规律,即疖瘤灰度值与对应物体数量级之间的影响程度关系。最后我们得到,如果点状疖瘤够小,疖瘤深度达不到(晶体表面通过技术处理后肉眼几乎发现不了的疖瘤),那么它对像的影响是可以接受的。另一实验结果表明晶体内部的杂质主要影响的是光强的变化。由于晶体内杂质的散射效应,导致了单模高斯光束通过格兰·泰勒棱镜后,光束光斑位置发生了微小偏移。经过理论分析和实验验证,我们发现激光通过具有绿线散射的泰勒棱镜,中心光强多少都会发生衰减,并且中心光强的位置会发生微小偏移。有此缺陷的晶体器件内发生此种散射对光束质量影响不大。经过比较后,我们认为有疖瘤缺陷的晶体比有杂质的晶体对光束质量影响要大的多,但是如果疖瘤够小,疖瘤深度达不到,研究表明它对像的影响是可以接受的,这不仅为我们在实现缺陷晶体利用价值方面提供了依据,还为器件设计提供了实验参考数据。
【关键词】：光学器件 疖瘤 散射 光斑 光束 高斯曲线 CCD
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O436.3;TH74
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-11
• 1.1 选题目的8
• 1.2 选题意义8-9
• 1.3 所做的主要工作9-11
• 第2章 冰洲石晶体的结构及格兰泰勒·棱镜11-16
• 2.1 冰洲石晶体的结构特点11-12
• 2.2 偏光型偏光器件相关概念12-15
• 2.2.1 菲涅尔（Fresnel）公式12-13
• 2.2.2 布鲁斯特角和临界角13-14
• 2.2.3 偏光器件的主要性能参量14-15
• 2.3 格兰·泰勒棱镜15-16
• 第3章 高斯光束传输理论16-19
• 3.1 基模高斯光束及其传播规律16-17
• 3.2 高斯光束的q参数及高斯光束传输的ABCD定律17-19
• 第4章 格兰·泰勒棱镜晶体疖瘤缺陷对光束成像质量的影响19-25
• 4.1 实验准备及测量装置设计19-20
• 4.2 实验及数据分析20-24
• 4.3 实验结论24-25
• 第5章 棱镜内杂质分布对透射光束质量的影响25-30
• 5.1 实验测量装置设计25-26
• 5.2 实验及数据分析26-28
• 5.3 实验结论28-30
• 第6章 结论30-31
• 参考文献31-34
• 在读期间发表的学术论文34-35
• 致谢35

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本文编号：1001811