溫度對雙折射晶體及偏光器件的影響研究.pdf

1、隨著激光和光通信技術(shù)的發(fā)展，偏光技術(shù)得到了快速發(fā)展。偏光技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵是偏光器件。偏光器件在應(yīng)用的過程中，通常要受到外場的影響，其中溫度場是任何偏光器件都無法逃避的，由于溫度的變化，晶體的折射率和面形等均要發(fā)生變化，致使器件的分束角、偏離角、剪切差、透射比及消光比等發(fā)生改變，從而影響器件的光學(xué)性能。 本論文主要以冰洲石晶體和石英晶體為例，研究兩種晶體的溫度特性及其Wollaston棱鏡分束角的溫度效應(yīng)，為棱鏡在不同溫度下的使用提

2、供理論與實驗依據(jù)。全文概括起來包括以下幾方面內(nèi)容： 第一章緒論部分，主要介紹了偏光器件的發(fā)展概況和器件的溫度效應(yīng)，并對本論文的工作進(jìn)行了說明。 第二章首先介紹了偏光器件的基本理論，對晶體材料作了簡要介紹；引入了菲涅耳公式；介紹了晶體的熱膨脹和偏振光的獲得方法；然后分別介紹了偏光分束棱鏡常用的幾種形式。 在第三章中，首先介紹了冰洲石晶體的材料性質(zhì)，引入色散的感念及修正的Sellmeier方程；精確地求解出Sellm

3、eier的各常數(shù)表達(dá)式，然后通過線性插值的方法得到不同波長的折射率溫度系數(shù)，從而求出各個溫度下不同波長所對應(yīng)的折射率。將所得值與文獻(xiàn)[18]所提供的數(shù)值相比較，發(fā)現(xiàn)所求Sellmeier方程很好地表達(dá)了冰洲石晶體色散關(guān)系。從而為求解晶體的折射率提供了一種方法。 論文的第四章是本文的核心部分，也是本工作的創(chuàng)新點。本章對Wollaston棱鏡的溫度效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)地研究：首先建立了測量溫度效應(yīng)的實驗系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)對冰洲石Wolla

4、ston棱鏡進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)溫度對分束角的影響因素只考慮折射率的變化時，理論計算與實驗結(jié)果吻合的不好，實驗結(jié)果顯示：隨溫度的升高，o光(以第一塊棱鏡為參考)的分束角下降很快，e光的分束角基本不變。而理論上則表現(xiàn)為：隨溫度的升高，o光的分束角基本不變，e光的分束角下降較快。為了驗證實驗結(jié)果與理論計算的準(zhǔn)確性，我們設(shè)計了單塊直角棱鏡的溫度效應(yīng)實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗現(xiàn)象與理論計算也不相符。從單塊直角棱鏡分束角的計算式可以看出，分束角與折射率和結(jié)構(gòu)

5、角均有關(guān)，為了驗證折射率值的準(zhǔn)確性與結(jié)構(gòu)角隨溫度變化的大小，我們首先用自準(zhǔn)直方法測量了冰洲石晶體的主折射率與折射率溫度系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在室溫下的測量值與文獻(xiàn)[18]提供的數(shù)值能吻合到10-4，但升溫時就存在了較大的偏差；又設(shè)計了OE雙輸出棱鏡的溫度效應(yīng)來驗證結(jié)構(gòu)角隨溫度的變化，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)角隨溫度變化較明顯。因此，我們得出：溫度對棱鏡分束角的影響，不僅體現(xiàn)在折射率的變化上，而且體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)角的變化上。 考慮結(jié)構(gòu)角的變化后，我們重新對Woll

6、aston棱鏡的兩個結(jié)構(gòu)角和單塊直角棱鏡的結(jié)構(gòu)角在各溫度點進(jìn)行了測量，這樣經(jīng)理論計算發(fā)現(xiàn)，單塊直角棱鏡和Wollaston棱鏡的分束角的理論值均與實驗值符合的很好。同時發(fā)現(xiàn)在方解石晶體折射率測量時，也應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)角隨溫度的變化，這樣測得在升溫時的折射率與文獻(xiàn)[18]提供的數(shù)值也能吻合到10-4。然后對不同結(jié)構(gòu)角的Wollaston棱鏡溫度效應(yīng)進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)角越大，其分束角受溫度的影響就越大。對同一只棱鏡，從正反兩方面入射，其分束角受