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基于光瞳分割和角剪切的成像偏振光谱技术

物理学报 2012年第23期61卷 139-148页

作者：唐茜赵葆常邱跃洪张淳民穆廷魁中国科学院西安精密机械研究所空间光学技术研究室西安710119 中国科学院大学北京100049 西安交通大学理学院非平衡物质结构及量子调控教育部重点实验室西安710049

基于光瞳二分割及Wollaston棱镜角剪切、Savart板横向剪切干涉的原理,提出一种同时获取图像、偏振态及光谱信息的新技术.装置没有任何机械运动部件和电调谐器件,在单一面阵探测器的四个分区同时获得四种线偏振态的干涉图(两幅差分偏振... 详细信息

基于光瞳二分割及Wollaston棱镜角剪切、Savart板横向剪切干涉的原理,提出一种同时获取图像、偏振态及光谱信息的新技术.装置没有任何机械运动部件和电调谐器件,在单一面阵探测器的四个分区同时获得四种线偏振态的干涉图(两幅差分偏振光谱图),系统工作在推扫模式.在详细论述装置组成的基础上,从系统成像的原理出发,深入分析了系统中棱镜主截面方位角的相互位置关系对输出光强的影响,并对系统参数进行了优化,推导出干涉条纹强度分布的表达式,并利用计算机数值仿真,验证了方案的准确性和可行性.为新型成像光谱仪的设计和工程化应用提供了重要的理论依据和实践指导.

关键词：新型光学传感技术成像偏振光谱技术 Wollaston棱镜 Savart板

宽场、消色差、温度补偿风成像干涉仪中次级条纹研究

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物理学报 2012年第22期61卷 226-234页

作者：代海山张淳民穆廷魁西安交通大学理学院非平衡物质结构及量子调控教育部重点实验室西安710049

本文提出了宽场、消色差、温度补偿风成像干涉仪(FATWindII)中次级条纹的精确计算模型,并模拟了次级条纹在探测器上的分布;计算了由次级条纹引起的温度与风速的反演误差.在三维坐标下,推导了任意倾斜角楔形补偿玻璃的调制度调制函数和... 详细信息

本文提出了宽场、消色差、温度补偿风成像干涉仪(FATWindII)中次级条纹的精确计算模型,并模拟了次级条纹在探测器上的分布;计算了由次级条纹引起的温度与风速的反演误差.在三维坐标下,推导了任意倾斜角楔形补偿玻璃的调制度调制函数和相位漂移公式,并得到了FATWindII的楔形补偿玻璃的最佳倾斜角.结论表明,采用增透膜与楔形补偿玻璃结合的方法可将FATWindII中的次级条纹的相对强度压制到低于2.5%,并使次级条纹引入的温度和风速反演误差低于0.05K和0.045m/s.此研究为宽场、消色差、温度补偿风成像干涉仪的设计、研制以及定标提供了重要的理论依据及实践指导.

关键词：高层大气探测次级条纹反演误差楔形补偿玻璃

基于孔径分割与视场分割的通道型成像光谱偏振技术

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物理学报 2016年第8期65卷 76-83页

作者：权乃承张淳民穆廷魁西安交通大学理学院空间光学研究所西安710049

本文基于孔径分割、视场分割与通道光谱技术,提出一种成像光谱偏振技术的新方案.本方案在单一面阵探测器上同时获取经过不同强度调制的两对正反相干涉图,四幅干涉图相加获取强度加倍的目标图像,正反相干涉图相减获取纯干涉条纹,纯干涉... 详细信息

本文基于孔径分割、视场分割与通道光谱技术,提出一种成像光谱偏振技术的新方案.本方案在单一面阵探测器上同时获取经过不同强度调制的两对正反相干涉图,四幅干涉图相加获取强度加倍的目标图像,正反相干涉图相减获取纯干涉条纹,纯干涉条纹相加减获取强度加倍的单通道干涉条纹,对单通道干涉条纹进行傅里叶变换获取目标的光谱与偏振信息.文中描述了方案的原理结构,推导出了干涉强度的表达式,并利用计算机仿真验证了方案的可行性.为新型成像光谱偏振仪的设计和工程化应用提供了一种新思路.

关键词：偏振成像光谱技术孔径分割视场分割通道光谱技术

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石英波片相位延迟随温度的变化行为

中国激光 2006年第7期33卷 949-952页

作者：穆廷魁李国华宋连科曲阜师范大学激光研究所山东曲阜273165

介绍了波片的相位延迟量随温度的变化行为,并提出一种测量相位延迟量的方法。由于温度的变化会对波片的相位延迟量产生影响,从而影响波片的使用精确度,为减小此影响,提高波片在不同温度下的使用精确度,需要对波片的特性进行分析。理论... 详细信息

介绍了波片的相位延迟量随温度的变化行为,并提出一种测量相位延迟量的方法。由于温度的变化会对波片的相位延迟量产生影响,从而影响波片的使用精确度,为减小此影响,提高波片在不同温度下的使用精确度,需要对波片的特性进行分析。理论和数值地分析了石英波片的温度特性,得到石英波片的折射率温度系数和热膨胀系数的关系及折射率温度系数与波长的关系,为正确设计和使用波片提供参数选择依据。一块厚约1.8 mm的波片,对应波长632.8 nm,温度每升高1℃,其延迟量约减少1°。针对石英波片在不同温度下使用时的不足之处,提出一种测量方法(即电光调制法)用来测量波片的相位延迟量,当信号电压控制在±700 V时,其延迟测量精度可控制在1%以内。

关键词：偏振光学相位延迟变化温度效应理论石英波片

偏振干涉成像光谱仪中Wollaston棱镜光程差及条纹定位面的精确计算与分析

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物理学报 2009年第6期58卷 3877-3886页

作者：穆廷魁张淳民赵葆常西安交通大学理学院西安710049 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学实验室西安710068

论述了基于单Wollaston棱镜的偏振干涉成像光谱仪的基本原理;采用波法线追迹方法,对光以4种不同入射方式经过偏振干涉成像光谱仪中单Wollaston棱镜的精确光程差、分束角及干涉条纹定位面进行了计算,并给出它们与棱镜楔角、入射角及入射... 详细信息

论述了基于单Wollaston棱镜的偏振干涉成像光谱仪的基本原理;采用波法线追迹方法,对光以4种不同入射方式经过偏振干涉成像光谱仪中单Wollaston棱镜的精确光程差、分束角及干涉条纹定位面进行了计算,并给出它们与棱镜楔角、入射角及入射位置之间的理论公式;采用计算机模拟对光程差、分束角及条纹定位面的精确值和近似值进行分析与比较,结果表明精确值和近似值之间存在较大差异;当棱镜楔角、入射角及入射位置增大时,精确值和近似值之间的偏离量随之增大;利用得到的精确值分析了条纹定位面的偏离量及其对傅里叶透镜成像的影响,并推演了应用于偏振干涉成像光谱仪的单Wollaston棱镜的尺寸和入射角的选择范围.该研究为新型偏振干涉成像光谱技术的理论研究和成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供了重要的理论依据和实践指导.

关键词：偏振干涉成像光谱仪 Wollaston棱镜光程差条纹定位面

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Lyot型石英晶体双折射滤光片特性研究

Lyot型石英晶体双折射滤光片特性研究

作者：穆廷魁曲阜师范大学

学位级别：硕士

双折射滤光片(以下简称BF)是一种重要的光学调谐元件，是Lyot滤光片的改进型。当它以布儒斯特角放置在激光谐振腔中时，具有可调谐范围大，调谐方便，插入损耗小，抗光损伤阈值大等特点，被广泛应用于钛宝石激光器和染料激光器中。但是... 详细信息

双折射滤光片(以下简称BF)是一种重要的光学调谐元件，是Lyot滤光片的改进型。当它以布儒斯特角放置在激光谐振腔中时，具有可调谐范围大，调谐方便，插入损耗小，抗光损伤阈值大等特点，被广泛应用于钛宝石激光器和染料激光器中。但是以往人们对BF的研究大都集中于其调谐波长，透射比，压窄谱线宽度等特性，对其它方面特性研究相对较少，这样对充分发挥BF的功效有一定局限性。本论文将从石英晶体的温度特性和色散特性入手，分析滤光片的透射比的变化规律，进而在此基础上研究分析石英滤光片的温度效应，为精确设计和正确使用滤光片提供参考理论。全文包括四章：第一章绪论。主要对Lyot型双折射滤光片的发展历史及应用现状进行总结，以突出课题的研究意义。第二章双折射滤光片的基本理论。主要对Lyot型石英晶体BF的设计结构及工作原理进行理论介绍。通过理论分析和计算，在近似条件下给出光轴与表面有夹角的晶片构成的BF以及光轴平行与表面的晶片构成BF的工作原理，并分析在设计滤光片时各个参数范围选择问题。给出两种单片BF的透射比方程式及组合BF的透射比推导式，并将它的透射比曲线绘出，对透射谱的线宽和自由光谱范围进行了比较。从透射比曲线图可以看出双折射滤光片具有优良的调谐和滤光作用。第三章石英晶体的色散及温度特性。主要对石英晶体的色散特性及温度特性分别进行分析。由于温度变化会引起石英晶体折射率的变化，即不同波长条件下对应的主折射率及双折射率的变化，为了能够详细分析其变化趋势，必须要解决石英晶体的色散特性，这里采用修正的Sellmeier方程分析讨论石英晶体的色散特性，给出折射率与波长的关系式及曲线，并且测出石英晶体在不同温度下的色散特性，进而得到石英晶体主折射率与双折射率对温度的变化公关系式，这为研究滤光片的温度效应提供一定的理论参考。第四章双折射滤光片的温度效应。从上一章我们可以了解到，石英晶体的折射率随温度变化而变化，而且滤光片的线度也要发生变化，导致了滤光片的相位延迟发生变化，其结果必然使透射带的中心波长漂移，中心波长的透射率下降，而且透射带宽度增加，所以研究Lyot型石英晶体BF的温度效应对正确设计和使用滤光片具有十分重要的意义。单元石英晶体BF的工作原理就相当于一个石英延迟器件，主要是靠光通过它后延迟量的改变来实现调谐目的，所以延迟片的温度效应同样地反映了滤光片的温度特性。先运用数值分析方法推导出延迟量随温度变化的基本方程，分析随温度变化的各个因素，运用软件拟合出相应的关系曲线图。论文主要工作及创新之处：第一，综合分析了石英晶体的色散及温度特性，初步解决了以往石英晶体无精确色散公式及曲线的缺憾，并利用此色散曲线进行特性预估，为正确使用和设计器件提供参考;并在实验测试基础上得到了石英晶体的温度系数值和温度曲线，从数据和曲线上反映温度变化时石英晶体折射率温度系数与波长的关系。第二，在第一的基础上，将延迟片的温度效应原理应用到滤光片上，利用数值分析方法对滤光片进行研究，推导出滤光片相位与温度的变化关系式，从中可以得到滤光片的线膨胀率，以及双折射率的温度系数对相位延迟量的影响，并测得不同温度下不同光轴取向的线膨胀系数，将相位延迟的改变同以上两点紧密结合起来，充分反映了温度变化对滤光片透射比的影响。第三，我们在实验中主要是利用分光光度计中放置一个可以容纳各种滤光片的温控装置来操作的，克服了单一光源的缺点。通过控制电压得到不同温度环境下的滤光片的透射谱，进而得到不同组透射数据及相关曲线。主要进行以下不同方面的实验测试：1、常温下，在400-1200nm波段范围内单元滤光片的透射比谱线。2、常温下，在400-800nm波段范围内单元滤光片的透射比谱线。3、常温下，在880-1500nm波段范围内单元滤光片的透射比谱线。4、高温度下，在400-800nm波段范围内，测量不同厚度滤光片透射比变化趋势。5、高温度下，在880-1500nm波段范围内，测量不同厚度滤光片透射比变化趋势。从理论分析及曲线图可以知道常温下较薄滤光片的线宽较大，而随着BF厚度的增加线宽逐渐减小，这种趋势在高温时仍然保持。从实验中看出温度在高于50℃时，石英晶体的双折射率会发生明显的变化，随着温度的生高，透射谱将会从长波向短波方向发生平移，而且透射比下降，厚度较大的滤光片受温度影响较大，透射谱变化较大，实验的结果与以上的理论分析进行比较可知其符合的相当好。不足之处：由于实验条件和时间以及加工制作工艺的限制，对于多元滤光片的温度特性没有进行分析研究，在实验

关键词：偏振光学双折射滤光片偏振干涉石英晶体温度效应色散特性相位延迟

新型静态偏振风成像干涉仪理论探测误差的分析与计算

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物理学报 2010年第6期59卷 4369-4379页

作者：刘宁张淳民王金婵穆廷魁西安交通大学理学院非平衡物质结构与量子调控教育部重点实验室西安710049

简述了新型静态偏振风成像干涉仪的原理,推导出一般情况下系统的Jones矩阵.在此基础上计算了系统中各偏振器件重要参数在非理想情况下对风速和温度探测结果的影响.利用计算机模拟对探测误差进行了分析,并按照系统精度要求从理论上提出... 详细信息

简述了新型静态偏振风成像干涉仪的原理,推导出一般情况下系统的Jones矩阵.在此基础上计算了系统中各偏振器件重要参数在非理想情况下对风速和温度探测结果的影响.利用计算机模拟对探测误差进行了分析,并按照系统精度要求从理论上提出了各重要参数的误差容限.该研究为新型静态偏振风成像干涉仪的研制、定标及后期数据处理提供了理论依据.

关键词：静态偏振风成像干涉仪 Jones矩阵方位角误差相位延迟量误差

A novel polarization interferometer for measuring upper atmospheric winds

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Chinese Physics B 2010年第6期19卷 200-206页

作者：穆廷魁张淳民 MOE Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter School of ScienceXi'an Jiaotong University

A static polarization interferometer for measuring upper atmospheric winds is presented, based on two Savart plates with their optical axes perpendicular to each other. The principle and characteristics of the interferometer are described. The interferometer with a wide field of view can offer a stable benchmark optical path difference over a specified spectral region of 0.55-0.63μm because there are no quarter wave plates. Since the instrument employs a straight line common-path configuration but without moving parts and slits, it is very compact, simple, inherently robust and has high throughput. The paper is limited to a theoretical analysis.

关键词： polarization interferometer upper atmospheric winds optical path difference

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高消光比测试系统衰减器的研究

激光技术 2007年第1期31卷 71-73页

作者：穆廷魁李国华彭捍东曲阜师范大学激光研究所曲阜273165

为了提高消光比测试系统的测试精确度，利用偏振干涉原理研究设计了一种用于此系统的衰减器，并对它的工作机理进行了详细分析。此衰减器主要包括3个偏光棱镜，1个λ／4波片（632．8nm），两个步近电机。它可以对光强度进行连续调节，... 详细信息

为了提高消光比测试系统的测试精确度，利用偏振干涉原理研究设计了一种用于此系统的衰减器，并对它的工作机理进行了详细分析。此衰减器主要包括3个偏光棱镜，1个λ／4波片（632．8nm），两个步近电机。它可以对光强度进行连续调节，其调节范围在0—60dB之间，插入损耗小于1．5dB，消除了以往更换固定衰减量的衰减器带来的误差。此光衰减器用在高消光比测试系统中可以得到优于10^-7量级的消光比，它不仅可以用于高消光比测试系统，同样可用于其它光学测试系统。当用消色差波片代替）t／4波片时，它能对多种波长的光进行衰减，扩大测试系统对光谱区的使用范围。

关键词：光学器件衰减器偏光干涉消光比衰减量