留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

马迎军 王晶 洪永丰 张葆

马迎军, 王晶, 洪永丰, 张葆. 道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究[J]. 中国光学, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137
引用本文: 马迎军, 王晶, 洪永丰, 张葆. 道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究[J]. 中国光学, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137
MA Ying-jun, WANG Jing, HONG Yong-feng, ZHANG Bao. Polarization properties and polarization compensation of Dove prism[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137
Citation: MA Ying-jun, WANG Jing, HONG Yong-feng, ZHANG Bao. Polarization properties and polarization compensation of Dove prism[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

doi: 10.3788/CO.20160901.0137
基金项目: 中科院长春光机所重大创新资助项目(No.Y3CX1SS14C)
详细信息
    通讯作者: 马迎军(1989-),男,河北唐山人,硕士研究生,2013年于四川大学获得学士学位,主要从事光学设计、激光共口径系统方面的研究。E-mail:yingjun_ma@163.com张葆(1966-),男,吉林磐石人,博士,研究员,博士生导师,主要从事航空光电成像技术方面的研究。E-mail:zhangb@ciomp.ac.cn
  • 中图分类号: TN249;P161.3

Polarization properties and polarization compensation of Dove prism

  • 摘要: 为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化,利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲偏振态变为椭圆偏振,偏振态发生变化;而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时,可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变,且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化,提高激光脉冲能量利用率,降低激光脉冲后向散射抑制难度。
  • 图  1  道威棱镜与共口径系统位置关系

    Figure  1.  Position relationship of Dove prism and common aperture system

    图  2  道威棱镜偏振原理

    Figure  2.  Polarization principle of Dove prism

    图  3  道威棱镜通光原理

    Figure  3.  Optical principle of Dove prism

    图  4  出射脉冲偏振态随道威棱镜旋转角度的变化

    Figure  4.  Changes of the output pulse polarization with the rotation angle of Dove prism

    图  5  偏振补偿原理

    Figure  5.  Principle of polarization compensation

    图  6  QW、HW与道威棱镜旋转角度间的补偿曲线

    Figure  6.  Compensation curve of the rotation angle between the QW,HW and Dove prism

    图  7  偏振补偿前后,通过偏振分光棱镜激光脉冲能量变化曲线

    Figure  7.  Output pulse energy at the polarizing beam splitter(PBS) with polarization compensated and uncompensated

    图  8  实验装置图

    Figure  8.  Experiment set up

    图  9  出射激光脉冲能量变化

    Figure  9.  Changes of the output laser pulse energy at the Dove prism

  • [1]

    [1] 黄志立,李波,李奇.现代光电瞄准系统[J].光机电信息,2011,28(3):58-64.HONG ZH L,LI B,LI Q.Modern Optical Targeting Systems[J].OME Information,2011,28(3):58-64.(in Chinese)
    [2] AVIONICS J.Electro-Optical Targeting System(EOTS) for the F-35[N].IHS Jane's.Jane's Avionics 2012.08.05
    [3] 陈希林,傅裕松,尉洵楷.机载光电瞄准系统的现状及发展[J].红外技术,2004,26(2):18-28.CHEN X L,FU Y S,WEI X K.The status and development of airbrone electro-optics sighting system[J].Infrared Technology,2004,26(2):18-28.(in Chinese)
    [4] SAGAN S F.Single aperture coaxial three channel optical system:Lexington,MA(US).US,0021380 A1[P],2014-1-23.
    [5] CHEN C W,IRVINE,ANDERSON S T J,et al..Common-aperture optical system incorporating a light sensor and a light source.US,0186568 A1[P].2008-8-7.
    [6] 孙明超,刘晶红,张葆.高帧频图像融合光学测量吊舱的设计[J].光学精密工程,2013,21(1):94-100.LIU M CH,LIU J H,ZHANG B.Design of measuring gondola syetem with high frame rate for image fusion[J].Opt.Precision Eng.,2013,21(1):94-100.(in Chinese)
    [7] HOUSAND B J,TENER G D,JESSE S J,et al..Combined Laser or FLIR optics system.US 6359681 B1[P].2002-03-19.
    [8] PAEK E G,CHOE J Y,OH T K,et al..Nonmechanical image rotation with an acousto-optic dove prism[J].Optics Letters,1997,22(15):1195-1197
    [9] 付栋之,贾俊亮,周英男,等.利用Sagnac干涉仪实现光子轨道角动量分束器[J].物理学报,2015,64(13):130704-1-6.FU D ZH,JIA J L,ZHOU Y N,et al..Realisation of orbital angular momentum sorter of photons based on sagnac interferometer[J].Acta Physica Sinica,2015,64(13):130704-1-130704-6.(in Chinese)
    [10] 惠刚阳,杨海成,姜峰,等.潜望式瞄准镜中消像旋棱镜的装调工艺技术[J].应用光学,2013,34(4):700-705.HUI G Y,YANG H C,JIANG F,et al..Alignment technology of offsetting image rotation prism in periscopic sight[J].J.Applied Optics,2013,34(4):700-705.(in Chinese)
    [11] MORENO I,PAEZ G,STROJNIK M.Polarization transforming properties of Dove prisms[J].Optics Communications,2003,2(20):257-268.
    [12] PADGETT M J,LESSO J P.Dove prisms and polarized light[J].J.Mordern Optics,99946(2):75-179.
    [13] MORENO I.Jones matrix for image-rotation prisms[J].Applied Optics,2004,43(17):3373-3381.
    [14] 任树锋,王秀霞.线偏振光通过多个任意厚度波片的偏振态[J].激光技术,2014,38(3):394-397.REN SH F,WANG X X.Polarization states of linearly polarized light transmitting through several wave-plates with arbitrary thickness[J].Laser Technology,2014,38(3):394-397.(in Chinese)
    [15] 石顺祥,王学恩,刘劲松.物理光学与应用光学[M].第二版.西安:西安电子科技大学出版社,2008:20-38.SHI SH X,WANG X E,LIU J S.Physical Optics and Wave Optics[M].2nd ed.Xian:Xidian University Press,2008:20-38.(in Chinese)
    [16] 梁铨廷.物理光学[M].第三版.北京:电子工业出版社2011:31-36.LIANG Q T.Physical Optics[M].3th ed.Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2011:31-36.(in Chinese)
    [17] 侯俊峰,王东光,邓元勇,等.斯托克斯椭偏仪的非线性最小二乘拟合偏振定标[J].光学精密工程,2013,21(8):1915-1922.HOU J F,WANG D G,DENG Y Y,et al..Nonlinear least-square fitting polarization calibration of Stokes ellipsometer[J].Opt.Precision Eng.,2013,21(8):1915-1922.(in Chinese)

  • [1] 梁宛玉, 许洁, 戴放, 常维静, 那启跃.  固态微光实时偏振成像集成技术 . 中国光学, 2020, 13(6): 1-9. doi: 10.37188/CO.2020-0086
    [2] 朱绪丹, 张荣君, 郑玉祥, 王松有, 陈良尧.  椭圆偏振光谱测量技术及其在薄膜材料研究中的应用 . 中国光学, 2019, 12(6): 1195-1234. doi: 10.3788/CO.20191206.1195
    [3] 黄超, 马连英, 朱峰, 安晓霞, 于力, 刘晶儒.  陶瓷表面放电光泵浦源放电特性研究 . 中国光学, 2019, 12(6): 1321-1328. doi: 10.3788/CO.20191206.1321
    [4] 王军民, 白建东, 王杰英, 刘硕, 杨保东, 何军.  瓦级319nm单频连续紫外激光的实现及铯原子单光子Rydberg激发 . 中国光学, 2019, 12(4): 701-718. doi: 10.3788/CO.20191204.0701
    [5] 李彦洲, 石岩.  铝合金表面激光沉积AlCrFeCoNiCu涂层的组织及耐蚀性能 . 中国光学, 2019, 12(2): 344-354. doi: 10.3788/CO.20191202.0344
    [6] 张卫国.  海面太阳耀光背景下的偏振探测技术 . 中国光学, 2018, 11(2): 231-236. doi: 10.3788/CO.20181102.0231
    [7] 陈运达, 汪之国, 江奇渊, 李莹颖, 黄云.  非理想1/4波片对泵浦光偏振态的影响 . 中国光学, 2017, 10(2): 226-233. doi: 10.3788/CO.20171002.0226
    [8] 曾飞, 高世杰, 伞晓刚, 张鑫.  机载激光通信系统发展现状与趋势 . 中国光学, 2016, 9(1): 65-73. doi: 10.3788/CO.20160901.0065
    [9] 杨名宇.  利用激光主动探测技术实现光电窥视设备检测 . 中国光学, 2015, 8(2): 255-262. doi: 10.3788/CO.20150802.0255
    [10] 桑爱军, 孙敏, 陈绵书, 钟江江, 陈贺新.  多维矢量矩阵变换域的运动矢量估计 . 中国光学, 2015, 8(2): 191-197. doi: 10.3788/CO.20150802.0191
    [11] 徐艳, 谢冀江, 李殿军, 杨贵龙, 陈飞.  CO2激光调Q技术 . 中国光学, 2014, 7(2): 196-207. doi: 10.3788/CO.20140702.0196
    [12] 吴威, 许廷发, 王亚伟, 闫辉, 徐磊.  高精度全景补偿电子稳像 . 中国光学, 2013, 6(3): 378-385. doi: 10.3788/CO.20130603.0378
    [13] 范大鹏, 周远, 鲁亚飞, 黑墨, 熊飞湍, 李凯.  旋转双棱镜光束指向控制技术综述 . 中国光学, 2013, 6(2): 136-150. doi: 10.3788/CO.20130602.0136
    [14] 李淑军, 姜会林, 朱京平, 段锦, 付强, 付跃刚, 董科研.  偏振成像探测技术发展现状及关键技术 . 中国光学, 2013, 6(6): 803-809. doi: 10.3788/CO.20130606.803
    [15] 李波, 王挺峰, 王弟男, 田玉珍, 安雪晶.  激光大气传输湍流扰动仿真技术 . 中国光学, 2012, 5(3): 289-295. doi: 10.3788/CO.20120503.0289
    [16] 潘其坤, 谢冀江, 阮鹏, 张来明, 张传胜.  声光调Q CO2激光器的输出特性 . 中国光学, 2012, 5(3): 283-288. doi: 10.3788/CO.20120503.0283
    [17] 王杰, 高静, 杨保东, 张天才, 王军民.  铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对 780 nm半导体激光器稳频的比较 . 中国光学, 2011, 4(3): 305-312.
    [18] 齐向东, 滕丽华, 于海利.  丝杠精度双频激光干涉测量中的 阿贝误差实时补偿 . 中国光学, 2010, 3(3): 279-284.
    [19] 张玉欣, 刘宇, 葛文奇.  像移补偿技术的发展与展望 . 中国光学, 2010, 3(2): 112-118.
    [20] 沈兆国, 张萍.  一种掺钕光纤激光器与倍频技术实现的数值模拟 . 中国光学, 2008, 1(1): 105-111.
  • 加载中
图(9)
计量
  • 文章访问数:  423
  • HTML全文浏览量:  26
  • PDF下载量:  658
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-11
  • 录用日期:  2015-11-13
  • 刊出日期:  2016-01-25

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

doi: 10.3788/CO.20160901.0137
    基金项目:  中科院长春光机所重大创新资助项目(No.Y3CX1SS14C)
    通讯作者: 马迎军(1989-),男,河北唐山人,硕士研究生,2013年于四川大学获得学士学位,主要从事光学设计、激光共口径系统方面的研究。E-mail:yingjun_ma@163.com张葆(1966-),男,吉林磐石人,博士,研究员,博士生导师,主要从事航空光电成像技术方面的研究。E-mail:zhangb@ciomp.ac.cn
  • 中图分类号: TN249;P161.3

摘要: 为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化,利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲偏振态变为椭圆偏振,偏振态发生变化;而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时,可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变,且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化,提高激光脉冲能量利用率,降低激光脉冲后向散射抑制难度。

English Abstract

马迎军, 王晶, 洪永丰, 张葆. 道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究[J]. 中国光学, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137
引用本文: 马迎军, 王晶, 洪永丰, 张葆. 道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究[J]. 中国光学, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137
MA Ying-jun, WANG Jing, HONG Yong-feng, ZHANG Bao. Polarization properties and polarization compensation of Dove prism[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137
Citation: MA Ying-jun, WANG Jing, HONG Yong-feng, ZHANG Bao. Polarization properties and polarization compensation of Dove prism[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 137-143. doi: 10.3788/CO.20160901.0137
    • 随着科技的发展及战场环境的需求,航空光电吊舱正朝着小型化、轻量化与多功能化的方向发展[1]。而光电吊舱中的可见光波段、红外波段目标探测系统与激光测距、角跟踪系统的共口径技术满足光电吊舱的发展需求,在国内外得到了广泛的研究,如美国F-35战机中的EOTS(Electro-Optical Targeting System)系统[2]

      可见光波段、红外波段与激光测距、跟踪系统共用光电吊舱中同一个望远物镜实现对目标的侦查、识别、定位于跟踪,可以大大减小系统的体积与重量,减小系统成本,保证系统多谱段光路同轴性,提高对目标的识别、定位与跟踪精度[3, 4, 5, 6]。在实现三波段共口径时,存在一些技术难题,如光电吊舱中的摆镜系统进行目标探测时,俯仰与方位角发生变化,致使可见光与红外图像会发生一定角度的旋转[7],为了便于人眼观察与系统的定位跟踪,系统中需加入旋像装置。目前,旋像主要采用两种方法:一种为基于图像处里中的像素坐标变换旋转图像,但此法旋转后的图像在显示器上的尺寸会随着旋转角度的不同而变化,不利于人眼观察;另一种为在光路中加入旋像棱镜旋转一定角度,可使旋转后的图像在屏幕上得到稳定显示,利于人眼观察。因此,在共光路位置加入道威棱镜并旋转相应的角度,用于补偿可见与红外图像的旋转[8, 9, 10];由于吊舱中的激光测距与角跟踪系统亦采用共口径设计,道威棱镜的旋转会改变激光器发出的激光脉冲线偏振态[11, 12, 13],导致激光脉冲能量产生一部分的损失,并且改变共口径系统中的激光后向散射噪声的偏振态,使系统中后向散射噪声的消除变得更加困难,甚至导致共口径激光系统不能正常工作。

      本文通过对道威棱镜偏振特性的分析,提出采用旋转半波片与四分之一波片的方法,对道威棱镜旋转引入的激光脉冲偏振态的变化进行补偿,使出射的激光脉冲仍为线偏振态,从而减少激光脉冲在偏振分光棱镜处的能量损失,避免激光后向散射噪声偏振态的变化,为消除后向散射噪声提供便利条件。同时,本文可为机载光电吊舱中共口径技术的研究提供一定的理论与技术支撑。

    • 道威棱镜位于共口径系统的共光路位置,如图 1所示,分光镜1与分光镜2后分别为可见与红外探测系统,当道威棱镜旋转一定角度时,可对可见光与红外辐射图像进行旋转,补偿摆镜系统旋转的影响。但由于道威棱镜的偏振特性,改变激光发射脉冲的偏振态,导致在窗口处反射的后向散射脉冲偏振态发生变化,增加其抑制难度,故需对道威棱镜的偏振特性进行补偿。

      图  1  道威棱镜与共口径系统位置关系

      Figure 1.  Position relationship of Dove prism and common aperture system

      道威棱镜底角为45°,激光脉冲沿棱镜底面入射时,发生两次折射且在底面发生全反射,当道威棱镜沿光轴旋转角度φ时,出射脉冲E2在x与y方向的分量E2x与E2y的相位延迟发生变化[9],从而导致出射的激光脉冲由线偏振变为椭圆偏振[14],道威棱镜偏振原理如图 2所示。以下将采用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与偏振补偿进行描述。

      图  2  道威棱镜偏振原理

      Figure 2.  Polarization principle of Dove prism

    • 激光器发出的激光脉冲E1为只含p分量的线偏振脉冲,入射到道威棱镜后,激光脉冲在道威棱镜表面发生折射与反射,道威棱镜通光原理如图 3所示。当只含p分量的激光脉冲入射到道威棱镜时,由于道威棱镜的旋转,使激光脉冲的s、p分量在底面引入的相位差发生变化,故出射激光脉冲偏振态发生变化。

      图  3  道威棱镜通光原理

      Figure 3.  Optical principle of Dove prism

      设道威棱镜的透射面Plane 1和Plane 2对s、p脉冲分量透过率为t1st1pt2st2p,反射面Plane 3对s、p脉冲分量的反射率为r1sr1p,只含p分量的入射脉冲为E1,道威棱镜旋转角度为φ,α1α3为入射角,α2α4为折射角,n1为空气折射率,n2为道威棱镜折射率,θ1脉冲在倒威棱镜底面的入射角。则[15, 16]: 式中,n=n1/n2
      取道威棱镜的琼斯矩阵Jdov,则有: 式中,jdov为道威棱镜透射与反射矩阵,B(φ)为坐标转换矩阵,且有:

      输入的S方向振动的线偏振光,则输出E2为:

      由式(7)得,道威棱镜旋转一定角度φ时,输出脉冲E2的偏振态变化如图 4所示。由图 3可知,道威棱镜转动时,输出脉冲E2的偏振态随道威棱镜旋转角度φ变化而变化。

      图  4  出射脉冲偏振态随道威棱镜旋转角度的变化

      Figure 4.  Changes of the output pulse polarization with the rotation angle of Dove prism

    • 激光脉冲经过处于共光路中的道威棱镜时,偏振态发生变化,导致激光脉冲通过偏振分光棱镜时损失部分能量,而系统内部激光后向散射脉冲与道威棱镜输出脉偏振态相同,故不利于系统内部激光后向散射脉冲的抑制。因此采用1/4波片QW与半波片HW对出射道威棱镜的激光脉冲偏振态进行补偿,使经过道威棱镜的激光脉冲偏振态不发生变化,仍为线偏振脉冲,补偿原理如图 5所示。

      图  5  偏振补偿原理

      Figure 5.  Principle of polarization compensation

      只含s分量的线偏振脉冲E1通过1/4波片后,变为椭圆偏振光E2,且1/4波片快轴转过角度为θE2经过半波片旋转一定的角度后为椭圆偏振光E3,且旋向发生反转,半波片快轴旋转角度为βE3通过旋转角度为φ的道威棱镜后,变为只含s分量的脉冲E4,实现线偏振激光脉冲的偏振补偿。

      取1/4波片与半波片的琼斯矩阵分别为JQWJHW,且有:

      则输出的激光脉冲E4为: 令式(10)中E4的p分量实部与虚部为0,解得满足E4只含s分量时,对应道威棱镜旋转角度φ,1/4波片与半波片的旋转角度θβ。当道威棱镜材料为BK7时,QW、HW与道威棱镜旋转角度θ、βφ之间的补偿关系曲线如图 6所示。在理论计算中,当波片与道威棱镜旋转角度θ、βφ的误差小于0.06″时,激光脉冲E4只含s分量;偏振补偿后与偏振补偿前,通过偏振分光棱镜PBS的激光脉冲能量的变化曲线如图 7所示,由图中可知,未偏振补偿时,激光脉冲通过偏振分光棱镜后,损失部分能量。

      图  6  QW、HW与道威棱镜旋转角度间的补偿曲线

      Figure 6.  Compensation curve of the rotation angle between the QW,HW and Dove prism

      图  7  偏振补偿前后,通过偏振分光棱镜激光脉冲能量变化曲线

      Figure 7.  Output pulse energy at the polarizing beam splitter(PBS) with polarization compensated and uncompensated

      当用于偏振补偿的波片折射率对中心波长λ存在误差时,波片的相位延迟如式(11)所示 式中,nsnf为波片慢轴与快轴的折射率,d为波片厚度。当nsnf存在误差时,波片的相位延迟Δφ将发生变化,此波片对波长为λ的脉冲将不为1/4波片或半波片,故线偏振脉冲通过波片时,偏振态变化将偏离理论结果[16]。当波片旋转角度存在误差时,由式(10)可知,出射脉冲E4将变为椭圆偏振态,而不是线偏振态。
    • 依据上面的理论分析,1/4波片与半波片旋转一定角度,可对道威棱镜的偏振特性进行有效的补偿,使道威棱镜处出射的激光脉冲仍为线偏振脉冲,同时可减小激光脉冲的能量损失,提高脉冲能量利用率。因此使用偏振片、波片与道威棱镜进行实验,验证道威棱镜的偏振特性与波片对道威棱镜的偏振补偿特性,实验装置如图 8所示。图中激光器发出的激光脉冲经过通光轴沿垂直纸面方向放置的偏振片P1起偏后,变为只含s振动分量的线偏振脉冲,线偏振脉冲依次经过旋转一定角度的1/4bn波片QW与半波片HW后变为主轴方向偏转一定角度的椭圆偏振脉冲,此椭圆偏振脉冲通过摆镜系统反射到达道威棱镜,脉冲经过道威棱镜后,通过检偏器并由激光能量探测器接收,测量脉冲能量。进行脉冲能量测量时,分别测量检偏器通光轴沿垂直纸面方向放置与沿平行纸面放置时激光脉冲能量,即测量出射脉冲中s分量与p分量的能量。实验中激光脉冲脉宽为10 ns,峰值能量为20 mJ,波长为1 064 nm;道威棱镜材料为BK7玻璃;采用编码器读取道威棱镜旋转角度。

      图  8  实验装置图

      Figure 8.  Experiment set up

      实验中,道威棱镜旋转角度φ发生变化时,分别测量激光脉冲直接通过道威棱镜情况与使用1/4波片、半波片对通过道威棱镜的激光脉冲偏振态进行补偿两种情况下,脉冲s、p分量的能量,道威棱镜旋转角度φ取值为0、与2π。实验结果与理论分析结果对比如图 9所示。

      图  9  出射激光脉冲能量变化

      Figure 9.  Changes of the output laser pulse energy at the Dove prism

      图 9(a)可知,未进行偏振补偿情况下,理论分析中,当含有s分量的线偏振激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,出射激光脉冲中重要成分为s分量,且s分量的归一化能量在0.8~1之间,随道威棱镜旋转角度φ的变化而呈周期性变化,周期为π,同时,出射脉冲中亦含有p分量,且p分量的能量随道威棱镜旋转角度φ的变化呈周期性变化,周期为π2。当道威棱镜旋转角度φ为0、π/2、π、3π/2与2π时,通过道威棱镜的激光脉冲p分量的能量为0,此时脉冲只含s分量,出射脉冲为线偏振激光脉冲。当道威棱镜旋转角度φ为其余值时,道威棱镜处出射脉冲p分量能量不为0,则此时激光出射脉冲中既含s分量又含p分量,其偏振态为椭圆偏振,这一结果与图 4所示结果一致。同时,由图 9(a)可知,未进行偏振补偿时,实验测得的出射激光脉冲s、p分量的能量归一化值与理论分析结果一致,因此可得出:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲的偏振态将变为椭圆偏振。由图 9(b)可知,在使用四分之一波片与半波片进行偏振补偿时,理论分析中,出射激光脉冲s分量能量随道威棱镜旋转角度变化呈周期性变化,周期为π,而p分量能量为0,表明出射的激光脉冲只含s分量,为线偏振激光脉冲;实验测得的出射激光脉冲s、p分量的能量归一化值与理论分析结果一致,因此可得出:采用1/4波片与半波片,可对道威棱镜的偏振特性进行有效补偿,使通过道威棱镜的激光脉冲仍为线偏振激光脉冲。同时,比较图 9(a)与图 9(b),通过理论分析与实验结果可知,在未进行偏振补偿与偏振补偿两种情况下,补偿后的出射脉冲s分量能量大于未补偿的s分量能量。因此可得出:采用1/4波片与半波片进行道威棱镜偏振补偿,可减少激光脉冲能量损失,提高脉冲能量利用率。

      由上述分析可知,实验测得的出射脉冲s、p分量的能量规划值与理论分析的变化趋势一致,故线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜后偏振态发生变化,为椭圆偏振态;采用1/4波片与半波片旋转一定的角度,可使出射道威棱镜的激光脉冲偏振态保持不变,仍为只含s分量的线偏振激光脉冲;经过波片的偏振补偿后,可提高脉冲能量利用率。上述分析与实验,采用1/4波片与半波片将通过道威棱镜的激光脉冲补偿为线偏振脉冲,同时,当道威棱镜位于如图 1所示的共光路位置时,利用1/4波片与半波片可将到达偏振分光棱镜处的后向散射脉冲偏振态补偿为线偏振。

    • 共口径机载光电吊舱中的道威棱镜旋转时,将线偏振的激光照射脉冲偏振态变为椭圆偏振,当采用1/4波片与半波片进行补偿时,波片的旋转角度与道威棱镜旋转角度存在一种非线性关系,可将出射道威棱镜的激光脉冲偏振态补偿为线偏振态,并通过实验验证,道威棱镜旋转0°、30°、60°、90°、120°、150°等角度时,波片的偏振补偿结果与模拟结果相吻合。采用此补偿方案,可以提高激光照射脉冲能量利用率,并可有效避免道威棱镜的旋转对后向散射脉冲偏振态的影响,为抑制共口径系统内的后向散射脉冲提供便利。同时,本文为机载光电吊舱中的可见、红外系统与激光系统共口径技术的研究提供一定的理论与技术支撑。

参考文献 (1)

目录

    /

    返回文章
    返回