屋脊棱镜综合像差特性研究

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在成像光学系统中,不仅存在着几何像差还存在由于光线偏振态的改变而导致的偏振像差。在望远镜中,屋脊棱镜的特殊结构会导致屋脊面的光线偏振态发生变化,同时又存在着几何像差,两者共同导致成像分辨率的下降。本课题对施密特屋脊棱镜的像差进行了一系列的研究,介绍偏振的一些基本理论、偏振像差的来源以及偏振像差的计算方法,并且使用琼斯矩阵和三维偏振矩阵分别计算了屋脊棱镜的偏振像差函数,在此基础上建立了屋脊棱镜的衍射模型,从理论和实验两方面得出了光锥入射时衍射光斑分裂成不对称形状的结论。在偏振像差的表示中,用泡利矩阵将偏振像差函数分解为以a0,a1,a2,a3四个泡利系数表示的形式,再利用泽尼克多项式对泡利系数做进一步的分解,以泡利-泽尼克系数的简洁形式表示引起偏振像差的因子。a0部分代表光线非偏振部分,通过计算几何像差的赛德尔系数与a0部分的泡利-泽尼克系数表示的赛德尔像差系数,明确了屋脊棱镜的偏振像差与几何像差的关系。  施密特屋脊棱镜对成像光束的偏振像差特性表现为:(1)平行光垂直入射,偏振像差表现为衍射光斑对称分裂;(2)平行光斜入射时,子午面内在近轴区域(2°以内)衍射光斑对称分裂,随着入射角增大分裂消失,而弧氏面内光斑始终成对称分裂;(3)光锥入射,偏振像差表现为衍射光斑的不对称分裂,且实验结果与理论结果相同,验证了出射偏振态的正确性;(4)偏振像差与几何像差的包含关系,a0非偏振部分的像差系数与赛德尔像差系数相等,因此屋脊棱镜偏振像差包含几何像差。
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