Поляризационно-волновой анализ и оптимизация характеристик оптических приборов с поляризационно-неоднородными элементами

• Автор: Соколов, Андрей Леонидович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 348 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Поляризационно-неоднородное излучение и ПНЭ

1.1. Поляризационно-однородные волны

1.2. Поляризационно-неоднородное излучение

1.3. Состояние поляризации электромагнитного поля

1.4. Полностью поляризованное электромагнитное поле

1.5. Поляризационно-фотометрические характеристики

1.6. Поляризационно-неоднородные элементы (ПНЭ)

Выводы к главе 1

ГЛАВА 2. Методы расчета поляризационно-неоднородного излучения
2.1. Сравнительная характеристика методов расчета
2.2. Метод поляризационно-волновых матриц
2.3. Трансформативная задача
2.4. Собственная задача
2.5. Частично поляризованное излучение
2.6. Оптические резонаторы с ПНЭ
Выводы к главе
ГЛАВА 3. Пространственная суперпозиция поляризационно-неоднородных излучений (аддитивная задача)
3.1. Решение аддитивной задачи для поляризационно-неоднородного лазерного излучения
3.2. Поляризационно-неоднородное интерференционное поле
3.3. Интерференция двух сферических волн
3.4. Интерференция сферической волны и гауссова пучка
Выводы к главе
ГЛАВА 4. Поляризационные аберрации (ПА)
4.1. Определение и классификация поляризационных аберраций
4.2. Поляризационные аберрации лазерного излучения
4.3. Поляризационные аберрации оптической поверхности

4.4. ПА кривизны волновой поверхности (идеальное зеркало)
4.5. Поляризационно-неоднородные поляризаторы и фазовые пластинки
4.6. Вращательные поляризационные аберрации
Выводы к главе
ГЛАВА 5. Оптические системы с ПНЭ
5.1. Поляризационные аберрации центрированной линзовой системы
5.2. Поляризационные аберрации брюстеровской пластины
5.3. Оптические системы с пространственной поляризацией и деполяризацией
5.4. Поляризационные аберрации оптической системы
5.5. Компенсация поляризационных аберраций в оптических системах
Выводы к главе
ГЛАВА 6. Поляризационно-волновой анализ оптических приборов
6.1. Введение
6.2. Кольцевой резонатор, образованный призмами ПВО
6.3. Призмы ПВО с наведенной анизотропией
6.4. Расчет собственных поляризационных характеристик методом возмущений
6.5. Расчет собственных характеристик резонатора методом поляризационноО-волновых матриц
6.6. Диагностика анизотропии призменного резонатора
Выводы к главе
ГЛАВА 7. Формирование поляризационной структуры излучения
7.1. Формирование оптимальной анизотропии оптических систем и оптимальной поляризационной структуры излучения
7.2. Пучки с осесимметричным состоянием поляризации
7.3. Пространственная поляризационная модуляция
Выводы к главе
Заключение
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Поляризационные характеристики излучения [1 — 13] имеют большое значение для широкого спектра практических задач. Это относится к кристаллографии и сахарометрии, оптической и радиолокации, дальнометрии и эллип-сометрии. Так поляризационно-оптические методы исследования различных объектов, в том числе, биологических, отличается высокой эффективностью [13 — 20]. Состояние поляризации является одним из параметров, модуляция которого используется в системах связи [18 — 20]. Поляризационные характеристики излучения необходимо учитывать при мониторинге окружающей среды [21]. Все это свидетельствует об интенсивном развитии поляризационной оптики, в основе которой лежат как фундаментальные представления о векторном электромагнитном поле [1—7], так и прикладные, расчетные и экспериментальные методы [8 — 37].
Поляризационные характеристики играют особую роль в лазерной технике, актуальные проблемы которой обеспечили дополнительный стимул для развития поляризационной оптики. Расчет поляризационных и волновых параметров лазерного излучения составляет основу проектирования и анализа работы оптических лазерных приборов [22 — 36], при этом обычно полностью игнорируется распределение состояния поляризации в поперечном сечении пучка и связь поляризационных и пространственных, волновых характеристик лазерного пучка, таких как поперечный радиус пучка или кривизна волнового фронта. Вследствие такого приближения теряется значительный объем ин-

соответствующем координатном базисе. Существуют оптические элементы (устройства), которые преобразуя поляризационные параметры волны, не изменяют формы ее волновой поверхности. Такие элементы имеют важное значение для ПОВ.
1.2. Поляризационно-неоднородное излучение
Поляризационно-неоднородное излучение (ПНИ) отличается от плоской волны тем, что все три компоненты вектора Е имеют различные амплитуднофазовые характеристики, независимо от выбора единого координатного базиса, (в общем случае данные компоненты являются частично когерентными), при этом эллипсометрические параметры и степень поляризации непрерывно изменяются в пространстве. Поверхности равных амплитуд и фаз ортогональных компонент ПНИ не совпадают. Лазерное излучение в оптических системах и резонаторах, как правило, является квазиполяризационно-неоднородным.
Причиной возникновения ПНИ в оптических трактах служат поляризационно-неоднородные элементы (среды с переменной анизотропией и деполяризацией, границы раздела двух сред с произвольной кривизной и анизотропные кристаллы), особенность которых состоит в том, что они изменяют поляризационно-волновые параметры падающего излучения. Если плоская волна проходит поляризационно-неоднородный элемент (ПНЭ), постоянство ее амплитуды или фазы в поперечном сечении нарушается, в зависимости от ориентации вектора Е и собственных осей анизотропных участков оптической по-