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作者：孙晓娟曲阜师范大学

学位级别：硕士

以CsPbBr钙钛矿太阳能电池为代表的新一代的钙钛矿太阳能电池因具有稳定性好且带隙合适、制备成本低等优点而被广泛研究。但大多数的研究聚焦在材料掺杂、有机-无机杂化以及制备工艺的改进等,对电池中各子层光学参数的研究较少。而薄膜... 详细信息

以CsPbBr钙钛矿太阳能电池为代表的新一代的钙钛矿太阳能电池因具有稳定性好且带隙合适、制备成本低等优点而被广泛研究。但大多数的研究聚焦在材料掺杂、有机-无机杂化以及制备工艺的改进等,对电池中各子层光学参数的研究较少。而薄膜的复折射率、孔隙率、带隙、界面粗糙度等参数对提高光的有效吸收率、优化电池结构设计、改进制备工艺等具有重要意义。椭偏光谱技术作为无损、非接触、可在线监测的灵敏光学检测技术,它测量入射光经过反射后偏振态的变化,利用薄膜的光学结构模型与材料色散模型的拟合计算,得到材料的复折射率或者复介电函数、光学带隙,以及薄膜的子层结构、孔隙率、界面层厚度及表面粗糙度等光学特征。本文以椭圆偏振光谱的测量与分析为基础,结合其他测试手段,研究了钙钛矿太阳能电池结构中的透明导电层、电子传输层和钙钛矿光吸收层的光学特征。主要研究内容概括如下:(1)钙钛矿太阳能电池中透明导电层掺氟二氧化锡(FTO)薄膜的椭偏光谱分析。FTO薄膜为多层复杂结构,其浮法玻璃的衬底亦存在锡的梯度扩散层,论文提出了原位共角椭偏与反射结合的方法,对其进行椭偏的分析与验证。利用Cauchy色散模型对玻璃衬底的椭偏光谱进行了表征,并得到了其介电函数。通过椭偏测试并结合原位共角反射谱、SEM等测试,建立了玻璃/Sn O/Si O/FTO/粗糙层的光学结构模型,并利用Classical Oscillation色散模型对FTO薄膜进行表征,最终通过拟合得到了Sn O层、Si O层、FTO层和粗糙层的厚度,各子层中材料的介电函数以及FTO的光学带隙。(2)钙钛矿太阳能电池中电子传输层Ti O薄膜的可控旋涂制备与椭偏光谱分析。采用溶胶-凝胶法,通过优化制备参数,实现了1到6层的Ti O薄膜的等厚旋涂。利用New Amorphous色散模型对Ti O薄膜进行表征,获得Ti O薄膜中孔隙占比在15%左右,且基本不随旋涂层数变化,每层的旋涂厚度均约为8.9 nm,实现了薄膜厚度可控,并最终得到了Ti O材料以及薄膜的介电函数。(3)钙钛矿太阳能电池中光吸收层Cs Pb Br薄膜的旋涂制备及椭偏光谱分析。采用多步旋涂法,分别在FTO基底和Si基底上制备了Cs Pb Br薄膜。当Cs Br旋涂5次时,形成了结晶度较高的Cs Pb Br薄膜;实验研究表明,基底的平整度对最终制得薄膜的均匀性有一定影响。对硅基底上制备的Cs Pb Br进行了变角度(60°、65°和70°)椭偏光谱测试与拟合分析,建立了Si/Si O/Cs Pb Br/粗糙层的光学结构模型,采用Tauc Lorentz三振子模型和Tanguy色散模型的组合模型对Cs Pb Br的介电函数进行了拟合,得到了介电函数曲线,并根据介电函数的临界点模型,观察到了2.39 e V和3.44 e V处的两个临界点。

关键词：椭圆偏振光谱介电函数钙钛矿薄膜掺氟的二氧化锡二氧化钛

CsPbIxBr（3-x）钙钛矿电池中薄膜的椭偏光谱研究

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CsPbIxBr（3-x）钙钛矿电池中薄膜的椭偏光谱研究

作者：王梦茹曲阜师范大学

学位级别：硕士

全无机铯铅卤钙钛矿CsPbIBr因其较好的热稳定性和光电性能在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等其他光电器件领域具有潜在的应用价值。但是当前关于CsPbIBr薄膜的研究热点主要集中在制备方法、制备参数的优化等方面,对其光学性质的... 详细信息

全无机铯铅卤钙钛矿CsPbIBr因其较好的热稳定性和光电性能在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等其他光电器件领域具有潜在的应用价值。但是当前关于CsPbIBr薄膜的研究热点主要集中在制备方法、制备参数的优化等方面,对其光学性质的研究相对较少。而薄膜的复光学常数可以用于模拟由于反射、非活性层的吸收等造成的光损耗以及器件的外部量子效率,进而优化光电子器件结构设计,最大限度地提高外耦合效率,提升器件性能;此外,通过复光学常数还可以了解带间跃迁,进一步分析材料中的载流子动力学。椭圆偏振光谱技术作为一种快速、无损的光谱分析技术,可以获取材料的复光学常数、厚度、组分含量、孔隙率等信息,但CsPbIBr薄膜中复杂的相偏析、含空隙的界面、多子层的结构等因素对CsPbIBr薄膜椭偏光谱的分析提出了挑战。本论文以椭偏光谱分析法为基础,结合其他辅助测量手段,对全无机铯铅卤钙钛矿电池中的电子传输层和光吸收层的孔隙率、厚度、光学常数、介电常数等进行了分析,内容概括如下:（1）基于不同色散模型的电子传输层TiO薄膜的椭偏光谱分析。椭偏分析法是通过建立适当的结构模型,选择合适的色散模型进行拟合分析的。对比研究了Cauchy Absorbent、Sellmeier Absorbent等五种常用色散模型对TiO薄膜椭偏光谱的拟合分析,并利用斜入射下的反射谱对各模型的拟合结果进行验证。结果表明New-Amorphous、Tauc-Lorentz、Adachi-New Forouhi模型均适用于溶胶-凝胶法TiO薄膜在整个测试波段上的椭偏光谱拟合,Cauchy Absorbent、Sellmeier Absorbent模型适用波段较窄,在短波段拟合效果较差。（2）钙钛矿太阳能电池中光吸收层CsPbIBr薄膜的椭偏光谱分析。利用一步溶液沉积法制备了CsPbIBr薄膜,用多角度椭偏分析法对薄膜进行测试及分析,建立了上界面层/钙钛矿主层/SiO天然氧化层/Si基底的光学结构模型,采用Tauc-Lorentz五振子色散模型对CsPbIBr薄膜的介电常数进行拟合。拟合结果显示薄膜上界面层的孔隙率为4%,CsPbIBr带隙的拟合结果为1.89 e V。进一步对椭偏光谱拟合分析得到的CsPbIBr的介电常数进行了二阶导数分析,结果显示在2.05 e V、2.8 e V和3.5 e V处存在明显的光电跃迁峰,其中2.05 e V处较为锐利的光电跃迁曲线对应于激子线型的跃迁。（3）钙钛矿太阳能电池中光吸收层CsPbIBr薄膜复光学常数及相偏析的椭偏光谱分析。利用一步溶液沉积法得到了CsPbIBr薄膜,在PL表征的结果中发现薄膜存在相偏析现象。基于椭偏光谱分析方法对薄膜的复光学常数及相偏析进行了深入分析。拟合结果显示薄膜分为三个子层,上界面相偏析层富碘相占比为28.1%,孔隙率为18.6%;下界面相偏析层富碘相占比为38.1%,富溴相占比为23.4%;钙钛矿主层富碘相和富溴相占比分别为18.7%和4.2%。拟合得到的CsPbIBr薄膜的带隙为2.07 e V,进一步的介电常数二阶导数谱分析结果显示在2.15 e V、2.9 e V和3.8 e V处存在明显的光电跃迁峰,其中2.15 e V处较为锐利的光电跃迁曲线对应于激子线型的跃迁。最后通过椭偏光谱拟合数据反演得到的反射光谱与实验测得的斜反射光谱比较,发现二者峰的位置、曲线趋势大致吻合。

关键词：椭偏光谱光学性质色散模型钙钛矿薄膜相偏析

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铯铅溴旋涂薄膜的椭偏光谱分析研究

铯铅溴旋涂薄膜的椭偏光谱分析研究

作者：管悦曲阜师范大学

学位级别：硕士

Cs Pb Br是一种具有良好的抗湿热特性的全无机钙钛矿材料,以其良好的光电性能和相稳定性,有望应用于太阳能电池、光电探测器和发光二极管等光电器件。当前大部分研究专注于Cs Pb Br晶粒的界面修饰和元素掺杂以及制备方法改进等方面,对Cs... 详细信息

Cs Pb Br是一种具有良好的抗湿热特性的全无机钙钛矿材料,以其良好的光电性能和相稳定性,有望应用于太阳能电池、光电探测器和发光二极管等光电器件。当前大部分研究专注于Cs Pb Br晶粒的界面修饰和元素掺杂以及制备方法改进等方面,对Cs Pb Br光学常数的研究相对较少,而Cs Pb Br薄膜的光学常数通常与采用的薄膜制备技术有关,对其光学常数的分析有助于改进薄膜制备工艺,优化光电器件结构。椭偏光谱技术是测量薄膜光学常数的重要手段之一,它利用入射光反射后偏振状态的变化表征样品的光学特性,具有快速、灵敏且无损的优点。本文以椭圆偏振光谱的测量与分析为基础,结合其他辅助测试手段,对多步旋涂法制备的Cs Pb Br薄膜进行了光学特性研究,并进一步将Cs Pb Br薄膜作为光吸收层,进行了太阳能电池的设计和仿真计算。因在旋涂法制备Cs Pb Br薄膜中易出现Cs PbBr相杂质,且有研究发现少量的Cs PbBr相的存在对光电器件性能的提升具有积极的影响,所以进一步采用多步旋涂法制备了Cs PbBr薄膜,并利用椭偏光谱对其光学特性及多相的组分进行了分析。主要研究内容概括如下:（1）研究了两步浸没法和多步旋涂法等不同制备方法下制备的Cs Pb Br薄膜微观形貌结构的区别特征,发现多步旋涂法更易获得较平整的薄膜;利用多步旋涂法分别在单晶硅和FTO基底上制备了Cs Pb Br钙钛矿薄膜,利用椭圆偏振光谱仪在多角度下（60°、65°和70°）对在硅片上制备的Cs Pb Br钙钛矿薄膜进行了椭偏光谱测量,用Tanguy和Tauc-Lorentz3组合的色散模型进行椭偏光谱的拟合分析,得到了Cs Pb Br材料的复介电常数色散、带隙、表面粗糙度及厚度等参数,其中带隙值为2.36 e V,与荧光谱中526 nm的带边荧光峰一致;构建了Glass/Sn O:F（350 nm）/Ti O（20 nm）/Cs Pb Br/Spiro-OMe TAD（200 nm）/Au的钙钛矿太阳能电池光学模型,模拟得到的转换效率为14.36%。（2）利用多步旋涂法在单晶硅基底上制备了Cs PbBr薄膜,Cs PbBr薄膜的Cs/Pb/Br原子比≈1/2.3/7.3,Pb元素和Br元素的含量稍高,说明制备的Cs PbBr薄膜中除了主要成分Cs PbBr,还存在其他产物。由荧光发射光谱可知制备的Cs PbBr薄膜只有在526 nm处有一个很弱的发光峰,且该峰位置与Cs Pb Br材料的发射峰相同,结合EDS能谱结果推测薄膜中含有少量Cs Pb Br相。根据吸收光谱计算出Cs PbBr薄膜带隙为3.27 e V,利用椭圆偏振光谱仪对在硅片上制备的Cs PbBr薄膜进行多角度测量,对Cs PbBr薄膜建立了一个三层光学结构模型,最底层为Si O天然氧化层,Cs PbBr层分为主层和粗糙层,主层中含有97.2%Cs PbBr相和2.8%的富铅相,粗糙层含有82%的Cs PbBr相、16.2%的富铯相和1.8%的孔隙。利用Tauc-Lorentz3色散模型拟合Cs PbBr材料的光学常数,得到带隙约为3.00 e V,吸收谱和椭偏光谱计算出的带隙值的差异也进一步说明制备的Cs PbBr薄膜中富铯相和富铅相的存在。

关键词：椭圆偏振光谱光学常数色散模型钙钛矿薄膜光学建模

Sb-Te基薄膜的掺杂改性及其可逆相变特性研究

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Sb-Te基薄膜的掺杂改性及其可逆相变特性研究

作者：孟云曲阜师范大学

学位级别：硕士

相变材料作为可重复擦写相变存储器和相变光盘的信息存储介质,由于其相变速度快、功耗低、密度高等优点,在新一代非易失性存储技术中得到了越来越广泛的关注。Ge2SbTe5(GST)材料是目前应用最广泛的相变材料之一,但其在操作速度和热稳定... 详细信息

相变材料作为可重复擦写相变存储器和相变光盘的信息存储介质,由于其相变速度快、功耗低、密度高等优点,在新一代非易失性存储技术中得到了越来越广泛的关注。Ge2SbTe5(GST)材料是目前应用最广泛的相变材料之一,但其在操作速度和热稳定性等方面的还存在一些问题。Sb-Te系列材料是相变材料体系中的一个重要材料体系,其结晶速率比GST快,熔点比GST低,近年来受到科研工作者的广泛关注。但是Sb-Te材料体系的结晶温度较低,不能长时间保存数据。本文针对二元Sb-Te材料体系的热稳定性等问题,利用掺杂改性的方式来提高其性能,同时保持较快的相变速度。通过研究,本论文取得的研究结果主要有:1.SbTe材料的掺杂改性研究。主要研究了具有较高热稳定性的Si X-SbTe(X为O,N,C)材料。Si X的引入,有效的抑制了SbTe材料的结晶,使材料的晶粒更加细化,提高热稳定性。同时基于Si X-SbTe材料的器件单元可在10 ns下实现擦、写操作,高低阻值差值接近两个数量级。1)SbTe–SiO材料的结晶温度能达到200℃以上,十年保持温度在130℃左右,提高了SbTe材料的非晶态热稳定性。基于SbTe–SiO材料的PCM,SET/RESET操作速度最快可达10 ns,说明SbTe–SiO材料依然具有SbTe材料相变速度快的特点。2)SbTe–SiN材料的结晶温度能达到220℃以上,十年保持温度在140℃左右。同时,基于SbTe–Si Nx材料的PCM能在8ns完成SET/RESET,具有相变速度快的特点。3)SbTe–Si C材料的结晶温度能达到250℃以上,十年保持温度在150℃左右。基于SbTe–Si C材料的PCM,能够循环操作四万次以上。2.WSbTe材料研究。在WST材料中,掺入的W部分替代了Sb3Te中的Sb原子或者Te原子,抑制了原子扩散,细化了晶粒,从而提高了光学带隙宽度。随着W含量的增加,此材料的结晶温度和十年数据保持温度都在升高,表现出较好的热稳定性。掺入W以后,此材料与电极材料的黏附性增加了36.5%,有利于提高器件的可靠性。其器件在10 ns的电压脉冲下仍能够发生SET/RESET稳定操作,表现出较快的相变速度。

关键词：相变材料热稳定性器件性能相变速度

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基于椭偏的石英晶体光轴检测技术研究

基于椭偏的石英晶体光轴检测技术研究

作者：郭文静曲阜师范大学

学位级别：硕士

椭偏光谱学,全称椭圆偏振光谱学,英文全称(Spectroscopic Ellipsometry),缩写为SE,是目前一种应用广泛的光谱技术,测量原理以椭圆偏振光的测量为基础,因此而得名。光波在入射到样品表面时,会同样品发生相互作用,如反射、透射或者散射,... 详细信息

椭偏光谱学,全称椭圆偏振光谱学,英文全称(Spectroscopic Ellipsometry),缩写为SE,是目前一种应用广泛的光谱技术,测量原理以椭圆偏振光的测量为基础,因此而得名。光波在入射到样品表面时,会同样品发生相互作用,如反射、透射或者散射,在这种相互作用下,光波的偏振态将会发生变化,而椭偏测量技术就是利用对这种变化的测量,来进一步获取样品的一些光学特性(如折射率、厚度、介电常数等)。因其以具有某一偏振态的光波作为测量的探针,测量时无需其他应力直接接触样品表面,故而在测量的过程中,不会对样品产生损伤,此外,椭偏测量技术可同时获取光波偏振态改变中,振幅变化和相位改变两个参量,故而保证了其测量结果具有相当高的测量精度,同时也为材料光学性质的研究带来了极大的便利。综合种种优点,使得椭偏光谱测量技术在诸如物理、机械、材料、电子、天文、化学、生物、天文、矿物等各个领域的应用中,大放光彩。本文的主要内容主要包括以下几个方面,首先较为系统的阐述了目前椭偏测量技术在国内外的发展历史及研究现状,并对目前常用的各类椭偏仪进行了介绍,此外对椭偏测量技术的发展趋势有一个合理的展望。第二章节部分重在介绍偏振光学部分的理论基础,包括晶体中寻常光、非寻常光波法线方向以及折射率的确定,菲涅尔反射系数等内容,为后续研究的理论推导打下基础,在第三章节部分紧接着对椭偏测量的主要原理做了一个简要的介绍,第四章节和第五章节也就是本论文工作的核心内容部分,随着偏光技术的发展,石英晶体材料常被用来制作成各类光学仪器的基本器件,具有广泛的应用,而光轴方向则是石英晶体材料的一个重要参量,作者通过大量的文献调研以及较为全面的理论探究,总结并提出了对石英晶体光轴方位进行标定的较为可行的判定方法。第四章节是通过对反射模式下椭偏测量结果的分析讨论,提出的一种新的判定经加工处理后的石英晶体,其光轴是否平行或垂直于抛光面,以及如存在微小误差,其偏转方位以及偏转角度如何确定的判定方法。该方法具有测速快、精度高、可实施在线检测等优点。接着在第五章节则利用椭偏仪的透射测量模式,通过绘制石英波片位相差随旋转角度的变化规律曲线,得到了一个判定石英波片光轴方位的方法。

关键词：椭偏光谱仪,石英晶体,光轴方位,菲涅尔公式,位相差,波片

Wollaston棱镜分束特性研究及在干涉成像中的应用

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Wollaston棱镜分束特性研究及在干涉成像中的应用

作者：杨敬顺曲阜师范大学

学位级别：硕士

双折射型干涉成像光谱技术是一种有效的光学探测手段,有着结构简单、体积紧凑、高通量以及高光谱分辨率等优点,在物质分类、目标识别、环境检测以及生物医学等领域有着重要的应用。本文从该类双折射型干涉成像系统的核心分束器件Wollas... 详细信息

双折射型干涉成像光谱技术是一种有效的光学探测手段,有着结构简单、体积紧凑、高通量以及高光谱分辨率等优点,在物质分类、目标识别、环境检测以及生物医学等领域有着重要的应用。本文从该类双折射型干涉成像系统的核心分束器件Wollaston棱镜出发,详细分析了冰洲石晶体材料的三种Wollaston式偏光分束棱镜的光学特性,并提出了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜的设计方案,为该类棱镜应用到多光束探测领域中提供了理论基础与可能性。在此基础上,提出了光谱分辨率可调的新型差分偏振干涉成像系统,并设计了两种实现方案:基于Wollaston棱镜角剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统以及基于宽视场Savart偏光镜横向剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统,理论分析与实验验证表明该系统具有正交偏振信息同时获取能力以及系统光谱分辨率可调的优良特性,增强了该技术的信息获取能力与对多任务目标的探测能力。文章的主要内容包括:第一章绪论概要介绍了干涉成像光谱技术的基本概念、分类以及双折射型干涉成像光谱技术的发展现状,简要总结了论文研究的主要内容。第二章简要分析了常规Wollaston棱镜的光学特性,研究了入射光方位角对棱镜分束性能的影响,给出了棱镜分束角随入射角和方位角的变化关系。第三章是对两种新型Wollaston式偏光分束棱镜性能参数的理论分析。分析了对称分束式Wollaston棱镜分束对称性的影响因素以及结构角对于光强分束比的影响;设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜,分析了棱镜的分光原理,研究了棱镜结构角对光强分束比和分束角的影响,并给出了实现平行分束的结构方案。第四章简要阐述了偏振成像光谱技术和差分偏振成像技术的基本理论,提出了两种光谱分辨率可调的新型差分偏振干涉成像系统的设计方案:基于Wollaston棱镜角剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统以及基于宽视场Savart偏光镜横向剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统,分别分析了系统的差分偏振干涉原理和光谱分辨率调节原理,并进行了数值仿真与实验测试,证明了方案的可行性。本文研究表明:通过对常规Wollaston棱镜出射面进行修定,可以实现Wollaston棱镜的严格对称分束,但棱镜分束对称性受入射角影响较大;新型Wollaston式多光束分束棱镜能够实现四束偏振光分束,通过控制棱镜结构角大小可实现分束光强的近似均分,具有良好的偏光分束特性以及潜在的应用前景。基于Wollaston棱镜的差分偏振干涉成像系统具有同时获取正交偏振方向信息以及光谱分辨率可调的能力,能够满足多目标、多任务光谱图像探测需求,具有增强目标识别度的优点,对于提高干涉成像光谱技术的探测性能有一定的指导意义。

关键词：偏振光学干涉成像光谱技术 Wollaston棱镜光谱分辨率

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基于椭偏光谱仪的石英晶体参数研究

基于椭偏光谱仪的石英晶体参数研究

作者：张蓓蓓曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着椭偏光谱测量技术的不断发展，椭偏光谱仪作为一种测量工具已经被广泛的应用于测量薄膜材料和块状材料的光学参数。椭偏光谱测量技术与传统的偏光测量技术相比具有测量速度快、测量精度高、数据测量重复率高、不用与样品接触对样品... 详细信息

随着椭偏光谱测量技术的不断发展，椭偏光谱仪作为一种测量工具已经被广泛的应用于测量薄膜材料和块状材料的光学参数。椭偏光谱测量技术与传统的偏光测量技术相比具有测量速度快、测量精度高、数据测量重复率高、不用与样品接触对样品造成的破坏性最小等特点。利用椭偏光谱仪可以快速得到从红外、可见光到紫外光的宽波段内和各自随波长变化的色散曲线，光学材料或器件的很多光学参数都间接的与和有一定的关系，通过对和图谱的分析可以得到样品一系列的参数例如：薄膜厚度，复合膜中各成分的组分，介电常数，晶体双折射率等。石英晶体是常用的光学晶体材料，常用于制造波片、棱镜等与位相、偏振等相关的光学元器件，因而石英晶体以及由其制成的光学器件的光学参数的精密测量具有重要的现实意义。本文从以下几个方面展开研究：首先，椭偏光谱仪可以直接、快速的给出偏振光通过样品作用后P、S两方向偏振光位相差，我们用琼斯矩阵对这一过程进行分析，找到一种快速、准确判断石英波片光轴方向的新方法。其次，椭偏光谱仪测量的P、S两方向位相差与晶体双折射率值有着直接关系，我们还利用椭偏光谱仪直接给出位相差来精确测量常用激光通讯波长下石英晶体的双折射率。最后，晶体双折射率受温度影响很大，以致温度变化影响了石英晶体为原料做成的各种光学元件的性能，为了使石英晶体做成的各种光学元件精度更高，我们可以利用椭偏光谱仪和其自身的温控装置来测量石英晶体双折射率随温度的变化，这将为高质量、高稳定性器件的设计和制造奠定基础。

关键词：椭偏光谱仪石英晶体偏振光双折射率

玻璃—冰洲石复合棱镜设计与偏振分束特性研究

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玻璃—冰洲石复合棱镜设计与偏振分束特性研究

作者：闫玉甫曲阜师范大学

学位级别：硕士

偏振棱镜是当代光信息技术发展与工业化的基础无源光学器件,是激光应用和调制技术的关键器件,在光纤通讯、偏振导航传感器、偏振干涉成像以及精密光学遥感系统等领域得到广泛应用。偏振棱镜的种类有许多,根据目前的使用情况,可以分为两... 详细信息

偏振棱镜是当代光信息技术发展与工业化的基础无源光学器件,是激光应用和调制技术的关键器件,在光纤通讯、偏振导航传感器、偏振干涉成像以及精密光学遥感系统等领域得到广泛应用。偏振棱镜的种类有许多,根据目前的使用情况,可以分为两个大类,一个大类是起偏棱镜,比如:Glan·Foucault棱镜、Glan·Taylor棱镜等;另一个大类是偏振分束棱镜,比如:Rochon棱镜、Wollaston棱镜等等。目前,偏振棱镜大多数由天然光学级冰洲石晶体制作而成,但是现在能用于制作棱镜的天然光学级冰洲石晶体尤其是大块晶体资源日渐枯竭,所以,寻找其他光学材料来代替或部分代替冰洲石晶体显得尤为必要。本文对玻璃-冰洲石复合棱镜的研制主要围绕着选材、设计、理论计算、加工以及实验测试这五个方面来进行。选材就是选取能够和冰洲石晶体中寻常光或非常光主折射率相匹配的光学玻璃;设计即是按着我们想要实现的功能来设计复合棱镜的结构,包括结构角的设计,两个半块棱镜之间胶合形式的设计等等;理论计算即通过理论来分析该复合棱镜是否能够达到要求,以及其与传统冰洲石棱镜之间性能的差别;加工以及实验测试就是在设计棱镜完成后购得原材料制作实验样品,然后对其分束角、透过率和消光比等参数进行测试,从而在实验数据上说明该复合棱镜的优劣。理论和实验表明:1、玻璃-冰洲石复合类洛匈棱镜的偏振分束性能优于同等规格的传统纯冰洲石洛匈棱镜,半视场角可以达到4?46’,分束角可以达到7?35’;其透过率在测试波段范围内保持在50%以上,在可见及近红外波段可以达到80%左右;复合棱镜的消光比优于10,在可见光波段消光比可以达到10,消光比性能比纯冰洲石晶体棱镜更加卓越;并且该复合棱镜还可以反向作为起偏器或检偏器使用,反向使用时其视场角可以达到8?4’,其e光偏离角为8′,符合国际上对光束偏离角制定的标准10′,并且在可见光波段消光比可以达到10。2、冰洲石-玻璃复合类90?分束棱镜中o光、e光的分束角与90?偏差小,e光、o光的光强分束比约为1:1;在300 nm300 nm的波长范围内,光束垂直入射,该复合棱镜所对应的直角分束偏差小于1.20?,在586 nm300 nm的波长范围内e光、o光的光强分束比与1的差值保持在0.003左右,具有良好的光强分束比稳定性。综上,玻璃和冰洲石晶体组合制造复合棱镜的设计是可行的,它不仅可以节省大量的冰洲石晶体材料,降低棱镜的制作成本,而且还能在保持传统冰洲石棱镜性能的基础上,节约棱镜制作的时间成本和人工成本,通过与其他器件配合使用对光路进行调制,复合棱镜在以后的科研生产中将会有很大的应用。本文的主要创新之处在于:设计了玻璃-冰洲石复合类洛匈棱镜和冰洲石-玻璃复合类90?分束棱镜;除了在理论上对该两种棱镜进行了详细的分析,还制作了玻璃-冰洲石复合类洛匈棱镜的实验测试样品,并且设计实验光路对其偏振分束性能进行了实验测试,指出了复合棱镜相对于传统冰洲石棱镜存在的优势。

关键词：偏振分束棱镜光学玻璃冰洲石晶体视场角分束角透过率消光比