楔形镜与棱镜对系统负色散量的分析_杨盛谊
关于棱镜光学性质的研究 柯西色散公式 PPT
数据分析——现象解释
3 数据处理及分析
量子假说
光量子概 念
光电效应
光辐射
光子
频率和强 度
特征光 谱
数据分析——现象解释
3 数据处理及分析
按光谱结构分类
光
线状光谱
谱
带状光谱
的
连续光谱
分 按光谱机制分类
类
发射光谱
原子发光 分子发光 固体热辐射
I
样品光源
分光器
纪录仪
吸收光谱
I
连续光源 样品 分光器 纪录仪
关于棱镜光学性质的研究
目录 CONTENTS
1 实验目的及原理 2 实验方法及步骤 3 数据处理及分析 4 实验结论及意义
目的：
熟悉光谱分析基本方法
1 实验目的及原理
研究棱镜色散 曲线（汞灯机进行数据分 析和处理的方法
验证柯西色散公式
仪器：
JJY型分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞 灯、钠光灯、汞灯以及钠灯的光谱；
数据分析——现象解释
3 数据处理及分析
钠原子能级图及观测的 光谱图
数据分析——现象解释
五条谱线解释
4P
3D 4S
3 数据处理及分析
钠双黄线解释
3P
3P
3S
数据分析——现象解释
汞原子能级图及 发射光谱
数据分析——实验改进 改进一：
3 数据处理及分析
改进二：
以任意角入射，i1为光线入 射角，i4为经棱镜色散后的 出射角。
数据分析——误差分析及解决方案 3 数据处理及分析
（5）人为误差 转动载物台不仔细，操作中易碰到三棱镜，会影响最小偏向角 的确定和读数； 由于用眼睛观测光谱受到人眼对不同波长电磁波的灵敏度，相 对可见度，与谱线强度的限制，产生误差。 • 偶然误差 读数不准； 最小偏向角判断不准确； 改进：多次测量取平均值，并计算不确定度，左右逼近法。 • 粗大误差 某些数据错误或者偏差过大，歪曲测量结果； 改进：剔除坏数据，进行再次测量。
熔融石英材料的色散与棱镜对的色散补偿
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棱镜色散成像光谱仪的谱线漂移特性
２０１１ １２月 年
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １ １Ｎ ． ２ｐ３２—４３ ｏ ３ ， ｏ１，ｐ４９３３ ．
Ｄｅｅ ｅ ，２ １ ｃｍｂ ｒ ０ １
Ｓ ｅｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒｌＡｎ ｌｓｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
它显著地提高 了遥感技术探测地球表 面特征 和物体性 质的能 力， 在军事 、资源调查与环境监测 等许多领 域有重要 的应 用 前 景 。
谱线作为参考 ， 通过数据处理确定在轨工作 时成像光谱仪 的
特征谱线位置相对 于实 验室 光谱 定标 结果 的变 化量＿ 并 】 ，
不能确定每个光谱通道的光谱偏移特性 。 当前 ，国内对成像光谱仪狭缝 、棱镜 等关键光 学元件 的 热光学特性已有一 定研 究¨ 这 对研 究成像 光 谱仪 的光谱 １ ， 特性具有重要意义 ， 但对成像光谱仪谱线漂移特 性的研究报 道较少 ， 文献［ ８ 对成像光谱仪的温度漂移特性 进行 了一定 １］ 的实验研究 ；国外对成像光谱仪谱线漂移 的研究 也都集 中在 实验室光谱 定标 和星上定 标的数据 处理 方面ｌ ， １ 一些学者 对 光谱 仪的探测器温度效应 、 光谱定标 的时 间灵 敏度等进行 了探讨 ＿ ，尚无对成像 光谱 仪的谱线漂移 特性 进行系统 的 ２
导 意 义。
关键词
成像光谱仪 ； 谱线漂移 ； 敏度 ； 灵 棱镜色散 文献标识码 ： Ａ 长［ 。 以，在星上光谱 定标 过程 中 ，只能 以 已知 的特 征 ８ 所
中图分类号 ： ＴＨ７ １ ４ ３ ４ ３ ；０ ３ ．
引 言
成像光谱仪 是在 多光谱 成 像遥 感仪 器 的基础 上 ，从 ２ ｏ 世纪 ８ ０年代 初发 展起 来 的先进 的新 一代 光 学遥 感仪 器＿ ， １ ］
楔形棱镜原理
楔形棱镜原理
楔形棱镜是一种光学元件，通常由两个不平行的平面构成，其中一个平面相对于另一个平面有一定的倾斜角度。
这种棱镜在光学中有着广泛的应用，主要用于将入射光从一个光学系统反射或折射到另一个光学系统。
楔形棱镜的工作原理基于光的折射和反射定律。
当光线通过棱镜时，它会在棱镜的两个平面上发生反射和折射。
由于两个平面的角度不同，光线在每个平面上的反射和折射角度也会有所不同。
这种角度的变化会导致光线的方向发生改变，从而实现光路的转向或聚焦等效果。
楔形棱镜的一个典型应用是用于望远镜中的副镜。
在望远镜中，副镜的作用是将主镜收集的光线反射到目镜上，以便观察。
楔形棱镜可以用来制造副镜，因为它可以将入射光反射到特定的方向上，从而实现望远镜的聚焦和放大效果。
除了在望远镜中的应用外，楔形棱镜还可以用于其他光学仪器中，如显微镜、照相机等。
在这些应用中，楔形棱镜可以用来改变光线的方向、实现光路的转向或
聚焦等效果，从而提高光学仪器的性能和精度。
楔形棱镜是一种重要的光学元件，其工作原理基于光的折射和反射定律。
通过改变光线的方向和路径，楔形棱镜可以实现各种不同的光学效果，广泛应用于各种光学仪器中。
基于楔板型分束镜的望远镜系统优化设计
基于楔板型分束镜的望远镜系统优化设计望远镜是一种通过光学组件将远距离的物体放大来观察的仪器。
其中分束镜是望远镜中必不可少的光学元件之一，将光线从望远镜主体中分离出来，使得焦点的入口不在视线的路径上。
其中，楔板型分束镜是经典的分束镜类型之一，它具有较多的优化空间，可用于提高望远镜的性能指标。
本文将介绍如何基于楔板型分束镜对望远镜系统进行优化设计。
一、楔板型分束镜原理楔板型分束镜的原理是基于楔形玻璃板的不同折射率和反射率，将入射光线分为两条不同的光线，并将这两条光线粘合在一起，组成两条平行的光线，从而实现光线的分离和重组。
该类型的分束镜广泛应用于天文学领域，是望远镜中的一种重要光学元件。
1. 消除散射楔形板材料的折射率与周围环境的折射率差异会导致光线的散射，这将对望远镜系统的性能造成负面影响。
为了减少这种散射，可以使用高质量的楔形玻璃，并保持其表面的光滑和平整。
2. 提高光透过率楔形玻璃板的厚度和角度会影响其光透过率，因此在优化设计时需要考虑这些因素。
一般来说，在保持一定的分束效果的前提下，尽可能减小楔形玻璃板的厚度和倾角，可以提高光透过率。
3. 优化镀膜镀膜是望远镜系统中必不可少的组成部分，能够增加光学元件的反射率和透过率。
对于楔板型分束镜来说，镀膜也是优化设计的一个方面。
在使用楔形玻璃板时，需要在上面涂上反光涂料，以增加其反射率。
同时，在相应的介质中，还可以增加镀膜的折射率，从而提高光线的透过率。
三、总结楔板型分束镜是望远镜系统中常用的光学组件之一，通过分离和重组光线来实现望远镜的成像功能。
在优化设计楔板型分束镜时，需要考虑多个因素，例如消除散射、提高光透过率和优化镀膜等。
只有充分考虑这些因素，并在实践中进行实际测试和调整，才能实现望远镜系统的最佳性能。
光学工程基础参考文献与习题
<<光学工程基础>>参考文献和习题1 光波、光线和成像参考文献：1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,19982. 袁旭滄. 应用光学. 北京：国防工业出版社，19883. Ditteon Richard 著，詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙：湖南大学出版社，20044. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 20015. 陈熙谋. 光学•近代物理. 北京：北京大学出版社，20026. 钟钖华. 现代光学基础. 北京：北京大学出版社，20037. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New Y ork: Plenum Publishing Corporation, 19788. 彭旭麟，罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉：华中工学院出版社，19839. Kidger Michael J. Fundamental Optical Design. Bellingham, Washington: SPIE,200210. Jenkins F , White H. Fundamentals of Optics. New Y ork: The McGreaw -Hill Companies, Inc, 197611. Hecht E. Optics. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1987习题:1. 简述几何光学的几个基本定律。
2. 简述成像的基本概念。
3. 光在真空中的速度是多少？在水中呢？在钻石中呢？4. 画出折射角i '随入射角i 变化的函数曲线，条件是1=n ，n '是下列值：(a) 1.333；(b)1.5163；(c) 1.78831。
三棱镜色散系数研究
１ 棱 镜 顶 角 的测 量
使用 分 光计 ， 利 用 平 行 光 法 可 以测 量 得 到棱
镜 的顶 角 。
测得 样 品棱镜 的顶 角 为 ５ ９ ． ９ ５ ６ ９ 。
表 ２ 各 色 光 最 小 偏 向 角 的测 量
乘 法处 理一元 线 性 回归 问题 的 公式 ， 线 性方 程 的
斜 率 ｏ＝ ， 截距 ｂ：Ｙ 一一。 。同时利 用
（ ） 。～ 。
线 性 回归系数 来 判 断所 得 结 果是 否 合 理 ， 一 元
线 性 回 归 系 数 定 义 为 ＝
射 光线 ） ， 然 后将 望 远镜 对 准 狭缝 的像 ， 缓慢 转 动
载 物 台使狭 缝 的像 朝 着 偏 向角 减 小 的方 向移 动 ， 同时望 远镜 也 跟 踪 转 动 。 当棱 镜 转 到某 一 位 置 ，
如 图 １所示 ， 由平 行 光 管 出射 的平 行 光 照 射
到棱镜 的两 个光 学 面上 （ Ａ Ｂ 、 Ａ Ｃ面 ） ， 在 两个 光 学
的这 个 临界 位 置 ， 就 是 最 小 偏 向角 的位 置 ， 出
函数形 式为 Ｙ＝ｏ ＋ｂ， 并 由实 验等 精 度地 测 得
一
组 数据 ， Ｙ ｉ （ ｉ＝ １ ， ２ ， ３ … ．） 。利 用 最小 二
射线角与入射线角位置之差就是最小偏向角。入 射线 、 各 色光 出射线 数据 如表 ２所示 。
。
回归 系数 越 接
近于 １ ， 说 明 实验 数 据 能 密 集 分 布 在 求 得 的 直 线
Wollaston棱镜分束角的光谱特性对成像系统的影响
７６ ・
邓红 艳 Ｗｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ０ ｎ棱镜分束角 的光谱特性对成像 系统的影晌
Ｊ
＝ ｓ ｉ ｎ ｎ ０ ｓ ｉ ｎ Ｓ ｎ （
＝ ｓ ｉ ｎ ｎ ， ｓ ｉ ｎ ［ ｓ ｉ ｎ － Ｉ （
。
） 】 ）
（ １）
） 一 Ｓ ］ ）
近似表达式为 ： ＝２ ｓ ｉ ｎ ［ （ ｎ 。一 ｎ ） ｔ ｇ Ｓ］ （ ２） 通 过分析 （ １ ）一 （ ２）式 可 以 看 出 ， 当确 定 棱 镜 的结 构 角 Ｊ ｓ后 ， 分束角是折射率 ｎ 。 和 ｎ
光波长的增大而相应的增加 ． 相干平面的出离量 与其 它各 参量之 间存在 函数 关系 ， 据此 ， 用计算机 编程 的方法可 以很
容易的调整光路中透镜 的相对位 置 ， 从而获得清晰的瞬态过程 干涉 图．
［ 关键词 ］ 成像 系统 ： Ｗｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｎ 棱镜 ； 分束角 ； 光谱特性
Ｏ
上
Ｔ
一
ｌ
Ｆｉ ｇ．１
ｅ
图 １ Ｗｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｎ棱 镜 的 主 截 面
Ｔｈｅ ｐｒ ｉ ｎｃ ｉ ｐａ ｌ ｏ ｆ Ｗ ｏ ｌ ｌ ａｓ ｔ ｏｎ ｐ ｒ ｉ ｓ ｍ
１ Ｗｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｎ棱 镜分 束角 的光谱 特性
的 函数 ， 即 分 束 角 是 波 长 的 函 数 ． 当 Ｗｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｎ棱 镜 的 结 构 角 Ｓ ＝ ３ ８ 。时 ， 其 分 束 角 随 波 长 变 化 的 函 数 曲 线 如 图 ２所 示 － ６ ． ７ ］ ．由 该 图 我 们 可 以 看 出 ， Ｗｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｎ棱 镜 的 分 束 角 随 着 波 长 的 逐 渐 变 大 而 表 现 出 减 小 的 态 势 ．另 外 在 紫 外 光 区 ， 当入 射 光 波 长 变 小 时 ， 分 束 角 迅 速 增 加 ．但 是 ， 该 曲线 在 近 红 外 光 区 则 表 现 的 较 为 平 缓 ．同 时 我 们 还 可 以 明 显 地 看 出 ， ０光 的 分 束 角 略 微 小 于 ｅ光 的 分 束 角． 也就是说 ， Ｗｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｎ棱 镜 的 分 束 角 不 是 完 全 对 称 的 ．Ｗ ｏ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｎ棱 镜 分 束 角 的 不 对 称
物理光学 梁铨廷 答案
第一章光的电磁理论1。
1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0,Ez=，(各量均用国际单位）,求电磁波的频率、波长、周期和初相位。
解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ===0.5×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0)，振幅A=100V/m, 波长λ=cT=3×108×2×10—14=6×10—6m。
1.2。
一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求:（1）该电磁波的振幅,频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？解:（1）振幅A=2V/m,频率υ=Hz，波长λ==,原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y轴；(3）由B =,可得By=Bz=0，Bx=1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0,Ez=0，Ex=，试求：（1）光的频率；（2）波长；(3）玻璃的折射率.解：(1）υ===5×1014Hz；(2）λ=；（3）相速度v=0。
65c，所以折射率n=1。
4写出：（1）在yoz平面内沿与y 轴成θ角的方向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅.解：(1）由，可得；（2）同理：发散球面波，汇聚球面波。
1。
5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。
其频率为Hz，电场振幅为14.14V/m,如果该电磁波的振动面与xy平面呈45º,试写出E,B表达式。
解：,其中===，同理：。
，其中=.1.6一个沿k方向传播的平面波表示为E=，试求k 方向的单位矢。
解：，又,∴=。
1。
9证明当入射角=45º时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有.证明：====1.10证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。
V棱镜法镜片折射率和色散系数的测量不确定度数据分析
V棱镜法镜片折射率和色散系数的测量不确定度数据分析摘要通过V棱镜折射仪分别测量镜片折射率ne和色散系数νd，结合不确定对测量结果进行分析，给出了镜片折射率和色散系数的不确定度评定分析。
关键词V棱镜；镜片；折射率；色散系数；不确定度前言光在真空中的传播速度与在介质中的传播速度的比值叫作介质的“绝对折射率”；光在空气中的传播速度与在介质中的传播速度的比值叫作介质的“相对折射率”，简称折射率。
即在标准环境温度（23±5）℃，环境相对湿度（60±10）%下，树脂镜片的折射率情况，材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强，折射率越高，镜片越薄，即镜片中心厚度相同，相同度数同种材料，折射率高的比折射率低的镜片边缘更薄。
色散系数：介质对不同波长光线的折射率是不相等的，不同波长光线之间的折射率差值成为色散。
在无色光学玻璃中（nF-nc）称为中部色散，（nd-1）/（nF-nc）称为中部色散系数，简称色散系数。
1 测量方案、过程及结果1.1 测量方案用直角器测量制成的样品角度（直角），用V棱镜折射仪测量样品的偏折角度。
1.2 测量过程①将试样精确磨制成直角棱镜，准确度90°±1°，细磨并抛光。
②试验室调整试验要求温湿度24℃/55RH%，仪器接通电源、汞灯（e谱线）光源预热。
③选K5型号V棱镜座，用脱脂棉签无水乙醇擦净其通光面，将校正V块滴少量折射率油，放入V槽校正好零位。
④取出校正V块，试样上滴少量折射率油，放入V槽中，调节望远镜系统找狭缝单丝像，使之基本平分双分线。
⑤锁紧刹车轮，并转动微动手轮使狭缝单丝像精确平分双分线。
⑥在读数系统视场中，转动测微手轮，瞄准窗内单线平分双分线后，读出角度值。
（例：He=3°08.15′）⑦由读得的色散值He在表内用内插法查出δnd值及e谱线修正值ge，按公式ne=noe+δnd+ge求出ne值。
⑧同法分别接通氢灯和氦灯光源，分别读出F、C、d谱线的色散角度值H、H和H，求出n、n和n，按公式，求出色散系数值[1]。
楔形镜分光原理
楔形镜分光原理
楔形镜是一种有若干个楔形棱镜组成的光学元件。
在这个光学元件中，各个棱镜都是用不同折射率的物质做成的。
因为折射率都不相同，所以在同一光线经过这些棱镜时，各个光线的传播方向和到达不同棱镜时的角度都不同，也就产生了不同的分光效果。
使用楔形镜后，可以根据需要调节各个棱镜的折射率和它们之间的夹角，这样就可以实现光的分光。
例如：要将一束平行光分成两束，就可以在第一块楔形棱镜上涂上两种不同折射率的液体，再在第二块棱镜上涂上两种不同折射率的液体。
这样，每一束光线就分别通过了这两块楔形棱镜。
在使用楔形镜时，需要注意以下几点：
1.楔形镜分光原理只适用于平面光线通过。
当光线经过两块楔形棱镜时，一部分光线通过了第一块棱镜，一部分光线通过了第二块棱镜。
而平面光经过两个楔形棱镜后会发生折射现象，从而改变原来的入射角。
而如果是穿过多个楔形棱镜时，各个棱镜反射光的入射角相同，则各入射角所形成的干涉条纹不会改变。
—— 1 —1 —。
光学中的多棱镜系统与色散现象
光学中的多棱镜系统与色散现象光学是关于光的传播、反射、折射等现象的研究领域，而多棱镜系统与色散现象是其中两个重要的话题。
本文将介绍多棱镜系统的原理和应用，并探讨色散现象对光的传播和分析的影响。
一、多棱镜系统1. 原理：多棱镜系统由多个棱镜组成，每个棱镜的边缘形成多个倾斜的面。
当平行光束通过多棱镜系统时，会发生折射、反射和干涉等现象。
多棱镜系统可以用来分散和合成光束，实现光的分光和成像。
2. 应用：（1）光谱分析：多棱镜系统可以将光束按照波长进行分散，从而得到光的光谱。
这对于物质成分的分析和研究具有重要意义。
例如，在化学分析中，通过观察物质的光谱可以确定其组成成分。
（2）天文学：多棱镜可用于望远镜系统中，利用分散效应观测天体的光谱。
光谱分析可以揭示天体的组成、温度、运动状态等信息。
二、色散现象1. 定义：色散是指光在介质中传播时，不同波长的光由于折射率的差异而发生不同程度的偏折现象。
这个现象使得光束中的不同波长成分分散开来。
2. 原理：色散现象的产生是因为介质对不同波长的光的折射率不同。
根据斯涅尔定律，光线在介质中传播时会发生折射，其折射角度与入射角度和介质的折射率有关。
而折射率与波长有关，不同波长的光在介质中的传播速度和传播方向都有所区别，进而导致色散现象的发生。
3. 影响：（1）色散对成像的影响：色散使得光线经过透镜或棱镜后，不同波长的光会聚或发散到不同的位置，导致色差的发生。
这会降低光学系统的成像质量。
（2）色散对光谱的影响：由于不同波长的光被分散开来，形成光谱。
不同物质对不同波长的光吸收程度不同，因此可以通过光谱分析来研究物质的组成和特性。
4. 应用：（1）光纤通信：色散对光纤通信系统的传输质量有重要影响。
由于光纤中传播的光经历了不同程度的色散，会导致光脉冲的扩展和失真，影响传输距离和带宽等性能。
（2）色散补偿：为了抵消光纤通信系统中的色散效应，可以采用各种补偿技术，如预先补偿、后置补偿和主动补偿等。
光谱仪器的色散系统棱镜课件
一、光谱棱镜的分光原理
1、色散公式
n0 sini1 nsini1 n 01 sini1 nsini1
n0 sini2 nsini2
sini2 nsini2
顶角 i1i2,
i2
arcssinini(1)
n
偏向角 (i1 i1) (i2 i2 )
3、棱镜的横向放大率
当光束不是以最小偏向角条件通过棱镜
时， i2 i1,DD，这种现象称为棱镜的横向放
大或角放大。
棱镜的横向放大率Γ可表示为出射角增量和入 射角增量之比。
di2' coi1scoi2s di1 coi1s'coi2s'
d2i' coi2scoi1sd2i(*)
i1 i2 (i1 i2 )
i1 i2
i2 arcnssiinin 2)(
得到棱镜的色散公式：
i1arcsnsiniin2()
i1a
rc
snsinin{ [a
rcssiin in1)(]}
n
n
对于所有透明材料，折射率n一般随着波长的减小而 增大。波长越短偏向角越大。
2
谱线弯曲的曲率半径公式：（推导见《光 谱仪器设计》P85-）
f2ncoi1s'coi2s' (n21)sin
如果棱镜对于某波长为最小偏向角，则该波 长位置谱线的曲率半径计算公式为：
f2 2(n2
n2 1)
1n2 sin2
2
sin
2
棱镜材料的折射率越大，光谱线弯曲的半径越
m
d d
j
2、棱镜的分辨率
假定光谱仪的光学系统理想无像差，且棱镜作为 系统中限制光束的孔径光阑，当入射狭缝无限细 时，由棱镜孔径的衍射导致的谱线增宽就表征了 棱镜的分辨率极限。
一种Wollaston式偏光棱镜分束特性的研究
一种Wollaston式偏光棱镜分束特性的研究杨敬顺;韩培高;闫玉甫;吴福全;郝殿中【摘要】为了对一种修正式对称分束Wollaston棱镜的分束特性进行系统分析,利用折射定律和菲涅耳公式,以632.8nm波长为例,给出了出射光与水平方向的夹角随修正角、结构角之间的变化关系曲线、光强分束比随结构角的变化关系以及入射角对棱镜分束角和出射光束对称性的影响曲线.结果表明,通过对出射端面的修正可以实现Wollaston棱镜的严格对称分束;o光、e光分束角主要取决于棱镜结构角,受棱镜修正角影响较小;光强分束比随结构角的增大变化幅度较小;当光线以小角度入射时,入射角主要影响棱镜分束角对称性;入射角在-3°~3°之间变化时,两出射光线的不对称度小于6°,可以保证较好的对称分束效果.该研究为该棱镜的设计和应用提供了理论指导.%In order to analysis systematically the splitting characteristics of a Wollaston-type symmetric beam-splitting prism,by using refractive formula and Fresnel formula and taking 632.8nm for example, relationship curve among the angle of emergent light to the horizontal direction,deviation angle and structure angle,relationship curve between intensity splitting beam ratio and structure angle,relationship curve among incident angle,splitting beam angle of the prism and emerging light symmetry were gotten. The results show that, strict symmetric beam can be achieved through the correction of output face of Wollaston prism. Splitting angles of o light and e light mainly depend on the prism structure angle. The effect of deviation angle is smaller. The changing magnification of beam splitting ratio with the increase of structure angle is small. When the incident angle is small, it has main effecton the symmetry of prism splitting angle. When incident angle changes between-3°and+3°, the asymmetry degree of two beam is less than6°,which can guarantee good effect of symmetry beam splitting. The study provides a theoretical guidance for design and application of the prism.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2018(042)002【总页数】5页(P249-253)【关键词】光学器件;渥拉斯顿棱镜;入射角;结构角;分束角;分束比【作者】杨敬顺;韩培高;闫玉甫;吴福全;郝殿中【作者单位】曲阜师范大学山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165;曲阜师范大学物理工程学院激光研究所,曲阜273165;曲阜师范大学山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165;曲阜师范大学物理工程学院激光研究所,曲阜273165;曲阜师范大学山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165;曲阜师范大学物理工程学院激光研究所,曲阜273165;曲阜师范大学山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165;曲阜师范大学物理工程学院激光研究所,曲阜273165;曲阜师范大学山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜273165;曲阜师范大学物理工程学院激光研究所,曲阜273165【正文语种】中文【中图分类】O436.3引言随着偏光技术以及激光应用的快速发展，各种偏光分束器件得到了越来越广泛的应用，其中Wollaston棱镜是最典型的也是目前应用和研究较广泛的偏光分束棱镜[1-4]。
棱镜对色散补偿系统的时域ABCD矩阵分析方法_王宁
p 2=
Ap 1+ B Cp 1+ D
( 10)
对于纯色散介质, 光脉冲在其中传输距离 z 的时域
ABCD 变换矩阵为[ 7]
1 X0 Bdz
01 若理想啁啾器引入的啁啾为 s, 则其时域 ABCD 变 换矩阵为
10
s / X0 1
该变换作用相当于空域中一个透镜对光束的变换, 其焦距为 f = - X/ s1 对于棱镜对色散补偿系统, 它 的作用就是引入啁啾和色散 1 因此, 整个棱镜对色 散补偿系统可以看作是一个理想啁啾器和一个纯色 散介质的组合, 其空域 ABCD 矩阵为
系统只含有线性群速色散, 并且整个系统只含有线
性啁啾元件, 所以它是一阶光学系统, 光脉冲经过此
类光 学 系统 前 后的 脉 冲复 参 数遵 循 时域ABCD 定律1
为简便起见, 令入射光脉冲的啁啾 s1 为 0, 脉宽为
R1, 则 1/ p 1= j / X0 R211 出射光脉冲的脉冲复参数为: 1/ p 2= s 2/ X0 + j / X0 R22, 把 p 1、p 2 代入式 ( 10) , 并运
E ( S, z ) = Re[ A ( S, z ) exp ( i X0 S) ]
( 6)
对一个光强呈高斯型分布的光脉冲, 其时间场分布
的复振幅 A ( S) 可表示为
A ( S) = A exp ( - SR22) exp ( i sS2/ 2)
( 7)
式中 R 为光脉冲的脉宽, s 为光脉冲所具有的频率
还是压缩, 与棱镜啁啾 s、棱镜间距 L 和光脉冲在棱
镜中传输的距离 z 的取值有关 1
1) 对于正啁啾( s > 0) , 脉宽可能压缩亦可展宽1
关于棱镜光学性质的研究 柯西色散公式 PPT
不同曲线有个性,狭缝窄了找小角； 左右转动载物台,定位观测无差错。
数据分析——误差分析及解决方案 3 数据处理及分析
（2）方法误差 同一种材料可能存在不同的正常色散区； 轨道贯穿理论与原子实的极化； 利用最小偏向角法测折射率存在误差叠加累计，使相对误差增 大。 （3）装置误差 三棱镜顶角过小影响谱线的色散程度； 改进：使用顶角大，角色散率大的三棱镜使分辨率大 （4）环境误差 外界光干扰影响谱线的观测； 改进：在较暗环境中进行观测； 空气湿度，温度影响，导致空气折射率不为1。
比对常见光学材料的色散 曲线，经过简单换算可知 实验中所用三棱镜的材料 为轻火石玻璃
数据分析——结果分析
3 数据处理及分析
数据分析——误差分析及解决方光计调节不正确导致误差；
改进：
粗调到位很重要,三面平行再细调;
三面一点像清晰,逐次调节慢慢来；
室内漆黑谱线明,光源紧靠狭缝来；
数据分析——现象解释
3 数据处理及分析
量子假说
光量子概 念
光电效应
光辐射
光子
频率和强 度
特征光 谱
数据分析——现象解释
3 数据处理及分析
按光谱结构分类
光
线状光谱
谱
带状光谱
的
连续光谱
分 按光谱机制分类
类
发射光谱
原子发光 分子发光 固体热辐射
I
样品光源
分光器
纪录仪
吸收光谱
I
连续光源 样品 分光器 纪录仪
原理：
1 实验目的及原理
复色光 : 由不同波长混合成的光源； 汞灯，钠灯
分光仪器：使复色光 在通过棱镜时发生色 散。（由于复色光的 各种色光通过棱镜时 折射率不同，传播方 向发生偏折） 测量仪器：测量角度 的仪器
楔形光学元件
楔形光学元件楔形光学元件是一种常见的光学元件，它具有特殊的形状和光学性质，被广泛应用于光学仪器和设备中。
本文将介绍楔形光学元件的原理、特点以及应用领域。
我们来了解一下楔形光学元件的原理。
楔形光学元件通常由两个平面光学面构成，这两个面之间有一个小的夹角，形成一个楔形的结构。
由于楔形的存在，光线在经过光学元件时会发生折射和反射，从而改变光线的传播方向和幅度。
楔形光学元件的特点之一是其楔形角度可以根据需要进行调节。
通过改变楔形角度，可以控制光线的折射和反射程度，从而实现对光线的调控。
此外，楔形光学元件还具有较高的光学质量和稳定性，可以提供良好的光学性能。
楔形光学元件在光学领域具有广泛的应用。
首先，在激光系统中，楔形光学元件可以用作激光束的分束器或合束器。
通过调节楔形角度，可以实现激光束的分离或聚焦，从而满足不同光学系统的需求。
在光学显微镜中，楔形光学元件可以用作样品的夹持器。
通过将样品放置在楔形光学元件的两个光学面之间，可以使样品在显微镜下呈现出不同的形貌和特征。
这种方法可以有效地增强样品的对比度和分辨率，提高显微镜的观察效果。
在光纤通信系统中，楔形光学元件可以用作光纤的耦合器。
通过调节楔形角度，可以实现光纤之间的光信号的高效传输和耦合。
这种方法可以提高光纤通信系统的传输效率和稳定性，减少信号的损失和干扰。
除了上述应用外，楔形光学元件还可以用于光学测量和检测领域。
例如，在光学干涉仪中，楔形光学元件可以用作干涉仪的分光器或合波器，用于测量样品的形貌和表面特性。
此外，楔形光学元件还可以用于光学传感器和光学调制器等设备中，实现对光信号的调控和探测。
楔形光学元件是一种重要的光学元件，具有可调控光线的特点和广泛的应用领域。
通过调节楔形角度，可以实现对光线的折射和反射的控制，从而满足不同光学系统的需求。
在激光系统、光学显微镜、光纤通信系统以及光学测量和检测领域等方面都有重要的应用价值。
随着科技的不断发展，楔形光学元件在光学领域的应用前景将会更加广阔。
冕牌玻璃K9棱镜色散关系的测定
冕牌玻璃K9棱镜色散关系的测定作者：俞胜清黄晓俊来源：《科技创新导报》 2011年第24期摘要：目的：通过对冕牌玻璃K9棱镜在不同波长下的折射率的测定，运用多种方法进行非线性拟合，得到相应色散公式，并确定计算冕牌玻璃K9折射率的最佳色散公式。
方法：在可见光区内，以汞灯、钠灯、氢灯和氦氖激光器所产生的已知各主要光谱线波长，利用分光计采用最小偏向角法测量K9棱镜对已知不同波长的折射率，然后用Origin7．O软分别采用3种方法对色散关系进行非线性拟合。
结果：指数衰减模式、光谱学模式和柯西公式进行非线性拟合得到了K9棱镜不同的色散公式。
结论：3种非线性拟合方法相比较，科希色散公式准确度更高些。
并进一步证实不同材料不可能有相同的色散计算公式，同一种材料也难以在整个光谱范围内用同一公式得到等精度计算结果。
关键词：色散关系最小偏向角非线性拟合中图分类号：0436 文献标识码：A 文章编号：1674-098X (2011) 08 (C) -0216-031引言色散是光学材料的重要特性，在很多光学实验及光学元件设计中均需要知道所用材料的折射率及色散特性。
色散表示介质对于不同波长的入射光有不同的折射率，也就是说光学材料的色散有赖于波长的变化。
通常光学材料的色散对波长的依赖关系比较复杂，不同材料不可能有相同的色散计算公式，同一种材料也难以在整个光谱范围内用同一公式得到等精度计算结果，这就导致了色散公式的多样化。
为此，很有必要对具体的光学材料的色散关系进行测量，以便于能用色散公式计算得到某一波长范围内所需波长的折射率的近似值。
2色散关系测定2.1测量方法棱镜对某一可见光波长的折射率n与棱镜的顶角A和棱镜对该光波长对应的最小偏向角6 min有如下关系[2~4]：实验时，以汞灯、钠灯、氢灯和氦氖激光作为光源，用棱镜分光计测出K9棱镜顶角及四种光源在可见光范围内发出的18条已知谱线对应的最小偏向角，利用公式(1)计算出棱镜对不同波长的折射率即色散关系（表1）。
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1 理论分析
图 1 表示放置于飞秒激光器输出端的棱镜 对与楔形镜( 镀反射膜的垂直端面朝腔外) 的组 合系统。为了便于计算和减小光损耗, 令楔形
= L 1 + n 1L 2 + L 3 + n2 L 4
( 1)
式中 n1, n2 分别为棱镜和楔形镜的折射率, L 1, L 2, L3 和 L 4 分别为与光程相对应的几何长度。
关键词: 楔形镜, 棱镜对, 负色散
Analyses of negative group- velocity dispersion generated by a pair of prisms & a wedge lens
Y ang Shengy i L i K ang Chen M eng ( Beijing L aboratory of L aser T echnolog y, Beijing Polytechnic U niversity , Beijing 100022) Abstract: A more accurate physical image and mathemat ical formula is presented to calculate negative g roup-v elo city dispersion generated by a pair of pr isms & a wedge lens in femtosecond laser. And a w ay to calculate t he g roup-v elo city dispersion is pr esented when the v ert ical flat of the w edge lens is placed toward or outw ar d the r esonator, r espectiv ely. Key words: a w edge lens, a pair of pr isms, negative dispersion
3
+
3
d2L i d B2
dBd 2 B dn dn2
dn dK
3
+
dB 2 dn d 2n dn dK d K2
+
dL i dB
d3B d n3
dn dK
3
+
3
d2 dn
B
2
dn d 2n dK d K2
+
dBd 3 n dn dK3
,(i =
1, 2, 3, 4)
( 18) ( 19)
( 20)
的光路图
光路图
图
将( 6) - ( 17) 和( 21) 式代入( 18) - ( 20) 式,
从图 4 和图 5 中可看出: 楔形镜的这种方
再将( 18) - ( 20) 式代入( 22) - ( 24) 式, 可求出 置方式( 如图 1) 实际上是多引入了负色散。组
总光程的各阶色散。群速度的二、三阶色散可 合系统引入 的总负色散量与棱镜对间距 l1 成 再由( 22) - ( 24) 式代入文献142中的公式求得。 正比。可计算出棱镜对间距每增加 1cm 长度,
dL 2 dB
=
2l 1cos A1sinA / cos2( A1 -
B)
d2L 2 d B2
=
-
4l 1cosA1sinA sin( A1 -
B) / cos3( A1 -
B)
d3L 2 d B3
=
4l 1cosA1sinA12sin2( A1 -
B) +
12/ cos4( A1 -
B)
( 9) ( 10) ( 11)
会在原来组合系统色散量的基础上再另外引入 某一厚度的透明介质( 如图 6、图 7 中楔形镜内 的虚线所示) 的正色散。在图 1 中, 对于给定间 距 l1 的重火石玻璃棱镜, 入射楔形镜的光束直
单程渡越所引 入的负色 散量与棱 镜对间 距 l1 的关系曲线( 楔形镜材料为 K9 玻璃, 棱镜材料 为重火石玻璃 ZF4) :
如果将楔形镜换为一平面部分反射镜( 不 考虑其厚度) , 如图 2 所示。则通过此平面镜与
通过楔 形镜引 入的 二、三阶 负 色散 分别 增加 29fs2 和 68fs3。
棱镜对系统的总光程为
当把楔形镜顶端反过来以后( 垂直端面还
P = P 1+ P 2+ P3 = L 1 + n1L 2 + L 3
31
在棱镜 Ò中, bc= 2sinA #bd , 因此
L 2 = 2 l 1sin A cosA11tg A1 - tg ( A1 - B)2 ( 3)
棱镜满足最小偏向角条件, 有 bd= cd, 故
L 3 = l 2 - l 1cos2 A11t g A1 + tg A221t g A1 - tg( A1 - B) 2
的顶角按最小偏向角条件设计, 角 A 为棱镜顶 角的一半, 角 B 为楔形镜的楔角, l 1 为两棱镜 顶角尖间的距离, l 2 为棱镜 Ò与楔形镜 M 顶 角尖间的距离, B 为光线 L 1 与 l 1 的夹角, 入射 角 A1、A2 分别为棱镜、楔形镜的布氏角。此楔 形镜与棱镜对系统中的总光程由四部分组成: 两棱镜之间的光程 P1, 棱镜 Ò中的光程 P2, 棱 镜 Ò到楔形镜 M 间的光 程 P3, 以及楔形 镜 M 中的光程 P4。由于空气中的折射率 n µ1, 因此 总光程为:
径是一定的( 即图中 cf 的值是一定的) 。随着 楔形镜插入深度的增加, 则透明介质部分的厚 度也在增加。经计算可知152, 每增加 1m m 厚
目前, 棱镜对已有效地应用在各种飞秒激 镜, 并且让光束从楔形镜顶端通过。下面给出
光器中, 用来引入负色散, 补偿正色散, 对产生 该组合系统群速度色散量数学表达式的详细推
的飞秒激光脉冲进行脉宽压缩。实验表明, 棱 导过程。
镜对分别放置于激光器两臂时, 所测脉宽相差
棱镜 Ñ的出射面与棱镜 Ò的入射面平行,
镜实际上引入的是正色散。可计算出棱镜对间 距每增加 1cm 长度, 通过楔形镜引入 的二、三 阶正色散分别增加 29fs2 和 68f s3。
图 1 和图 3 中, 楔形镜的放置都是让光束
2 定量计算与讨论
刚好从楔形镜的顶端通过, 如果楔形镜的插入 深度较深, 则楔形镜不论在哪种放置方式中均
由以上理论分析, 结合具体数值可计算出 组合系统的色散量。图 4、图 5 是输 出耦合镜 分别为布氏角切割的楔形镜( 如图 1 所示) 、平 面部分反射镜( 不考虑其厚度, 如图 2 所示) 时,
dL i dK
=
dL i dB
d d
B n
ddnK,
(
i
=
1, 2, 3, 4)
d 2Li d K2
=
d 2L i d B2
dBdn dn dK
2
+பைடு நூலகம்
dL i dB
d2B dn 2
dn dK
2
+
ddnBdd(2KVn2
, (率i =之积1有, 2, 3, 4)
d3Li d K3
=
d3Li d B3
d Bd n dn dK
由( 4) 式, L3 对 B 角的导数为
dL 3 dB
=
-
l 1cos2 A1( tg A1 +
t g A2) / cos2( A1 -
B)
( 12)
d2L 3 d B2
=
2l 1cos2 A1( t g A1 + tg A2) sin( A1 -
B) / cos3( A1 -
B)
( 13)
d3L 3 d B3
棱镜 Ñ 出射面和棱镜 Ò入射面间的距离 D= l1#
cosA1, 有
镜以布氏角切割, 以保证光以布氏角入射楔形 L 1 = D / cos( A1 - B) = l 1cosA1/ cos( A1 - B) ( 2)
5 激光杂志61998 年第 19 卷第 4 期
LA SER JO U RNAL ( Vol1 19, N o 41 1998)
n1 K2
+
3
dn1 d2L 2 d K d K2
+
n
1
d3L 2 d K3
+
d3L3 d K3
+
L
4
d3 n2 d K3
+
3
dL 4 dK
d 2n2 d K2
+
3
dn2 d 2L 4 dK dK2
+
n2
d3L4 d K3
( 23) ( 24)
图 1 楔形镜和棱镜对 组合系统中 图 2 平面镜和棱镜对组合系统的 图 3 楔形镜顶端反过来后的光路
+
n2
dL 4 dK
L2
d 2n1 d K2
+
2
dn1 dK
dL 2 dK
+
n
1
d2L2 d K2
+
d2L3 d K2
+
L4
d2 n2 d K2
+
2
dn 2 dK
dL 4 dK
+
( 22)
n2
d2L4 d K2
d3p d K3
=
d3 L d K3
1
+
L2
d 3n1 d K3
+
3
dL 2 dK
d2 d
=
-
2l 1cos2 A1( t g A1 +