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偏振双向衰减对光学成像系统像质影响的矢量平面波谱理论分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O435.1[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710119, [2]中国科学院大学,北京100049
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11274377); 财政部重大科研装备仪器项目(批准号:ZDY2011-2)资助的课题.
中文摘要:

偏振双向衰减(diattenuation)是指偏振元件引入的光场传播过程中表征电矢量的两个正交偏振态的振幅变化特性.在大部分有关偏振像差的讨论中,聚焦光场偏振态的振幅变化对其分布的影响较小而不被重视.但在一些大相对孔径光学系统中,对于分束器、光调制器等有复杂平面介质结构的低透过率光学元件而言,引入的偏振相关的振幅调制相对大得多.本文依据矢量平面波谱理论,建立了笛卡尔坐标系下的理想光学成像系统的矢量光学模型,验证了与德拜矢量衍射积分的一致性.在线偏振光入射的条件下,对在汇聚光路中使用的光学元件的偏振双向衰减特性对成像质量的影响进行理论研究.结果表明,在调制传递函数的低频率处(v〈0.2NA/λ),这种影响是可以忽略的;随着空间频率的增加,光学元件的偏振双向衰减特性对成像系统调制传递函数的影响逐渐变大.若要求调制传递函数的数值不低于衍射极限的90%,中频处(0.2NA/λ0.8NA/λ时,则需要控制在[0.9,1.11]的范围内.随着光学系统光轴与光学分界面法向的倾角增加,容差范围有所放宽.

英文摘要:

In most of the researches of polarization aberration,the influence of diattenuation is not large enough to affect imaging quality evidently.However,the modulation transfer function decreases when optical elements with complex planar dielectric structures and low transmittance,such as beam-splitter and optical modulator,are introduced into an imaging system.In this paper,a vector optical model in Descartes coordinate system is proposed based on the concept of vector plane wave spectrum(VPWS).The results of calculation show that the VPWS model is consistent with Debye model.Compared with Debye vector diffraction integral,the VPWS method is more suitable to the description of the PA introduced by planar optical device with opaque mask,such as larger surface quantum-confined-stark-effect electroabsorption modulator,which is used to modulate the light collected by optical antenna of time-of-flight(TOF) depth system or modulating-retroreflector free-space-optical communication system.In order to simplify the calculation and obtain the conclusion of the change in imaging quality directly,the formula of optical transfer function is decomposed into three parts(TE component,TM component and the correlation of them) instead of polynomial expansion of pupil function.The influences of diattenuation on MTF is studied globally and locally in a range of cut-off frequency of optical imaging system(2NA/A).Allowance of diattenuation is analysed by numerical calculation,and a mathematical expression is derived.The result shows that the change of diattenuation can be neglected when the spatial frequency v is less than 0.2NA/λ,and the range of allowance decreases with the increase of spatial frequency.According to numerical calculation shown in Fig.7 and the derived formulas(15) and(16),the ratios of reflection/transmission coefficient of s-light and p-light √Dα should range respectively from 0.63 to 1.6(0.2NA/λ 〈v 〈0.8NA/λ) and from 0.9 to1.11(v 〉0.8NA/λ) when the MTF is required to be not

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876