三維光場偏振理論及應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 偏振光學的應用領(lǐng)域 2
1.1.1 偏振成像探測 2
1.1.2 矢量光場調(diào)控 4
1.1.3 橢偏測量技術(shù) 6
1.1.4 仿生偏振光導航 7
1.1.5 生物醫(yī)學診斷 8
1.1.6 量子計算和量子通信 8
1.2 研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀 9
1.2.1 偏振光計算方法的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀 9
1.2.2 偏振像差理論的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀 11
參考文獻 13
第2章 偏振光學基礎(chǔ)理論 17
2.1 傳統(tǒng)偏振光分析方法 17
2.1.1 光束偏振態(tài)的偏振橢圓表示法 17
2.1.2 斯托克斯矢量法及繆勒矩陣法 20
2.1.3 龐加萊球表示法 24
2.1.4 瓊斯矢量法及瓊斯矩陣法 26
2.1.5 相干矩陣法 28
2.1.6 交叉譜密度矩陣法 30
2.2 瓊斯矩陣與繆勒矩陣的內(nèi)在關(guān)系 31
2.2.1 泡利自旋矩陣 31
2.2.2 相干矩陣的展開 32
2.2.3 繆勒矩陣能被瓊斯矩陣推導出來的充要條件 33
2.3 偏振像差函數(shù) 35
2.3.1 偏振像差函數(shù)的瓊斯表示 35
2.3.2 偏振像差函數(shù)的二次擴展式 38
參考文獻 40
第3章 三維相干光場的偏振理論 42
3.1 三維相干光場的偏振光追跡方法 42
3.1.1 三維偏振態(tài)的瓊斯表示 42
3.1.2 三維偏振光追跡矩陣 45
3.1.3 三維偏振光追跡矩陣中二向衰減系數(shù)的計算方法 51
3.1.4 三維偏振光追跡矩陣中相位延遲量的計算方法 55
3.1.5 二向衰減系數(shù)及相位延遲量在光學系統(tǒng)中的傳播規(guī)律 62
3.2 相位延遲的分布特性及解包裹算法 65
3.2.1 三維相位延遲空間及分布特性 65
3.2.2 相位延遲的包裹現(xiàn)象 69
3.2.3 相位延遲解包裹算法 73
3.3 三維偏振像差理論 75
3.3.1 三維偏振像差函數(shù) 77
3.3.2 傾斜像差及其計算方法 79
3.4 高數(shù)值孔徑光學系統(tǒng)的三維偏振像差分析 81
3.4.1 高數(shù)值孔徑光學系統(tǒng)的光學參數(shù) 81
3.4.2 三維偏振像差函數(shù)的光瞳分布 84
3.4.3 二向衰減像差和相位延遲像差 89
3.4.4 出瞳處偏振相關(guān)的光強分布 90
3.4.5 傾斜像差及其分布規(guī)律 92
3.4.6 偏振效應對波像差及點擴散函數(shù)的影響 94
參考文獻 95
第4章 三維相干光場偏振理論的應用舉例 97
4.1 角錐棱鏡的偏振特性分析 97
4.1.1 角錐棱鏡的數(shù)學模型 99
4.1.2 全反射角錐棱鏡的偏振特性 102
4.1.3 鍍金屬膜角錐棱鏡的偏振特性 112
4.2 激光通信鏈路光學保偏衰減器 116
4.2.1 光學保偏衰減器的工作原理 117
4.2.2 衰減能力及保偏能力的計算和仿真 120
4.2.3 關(guān)鍵技術(shù)指標測試方法及實驗 123
4.3 深紫外光刻投影物鏡的三維偏振像差 125
4.3.1 深紫外光刻投影物鏡的光學參數(shù) 125
4.3.2 深紫外光刻薄膜設(shè)計及偏振特性 126
4.3.3 光刻投影物鏡的三維偏振像差分布特性分析 128
4.3.4 矢量光場照明對光刻投影物鏡成像質(zhì)量的影響 133
4.3.5 光刻投影物鏡對矢量光場的偏振調(diào)制作用 135
4.4 基于雙延遲器級聯(lián)系統(tǒng)的矢量光場調(diào)控方法 140
4.4.1 雙延遲器偏振調(diào)控的數(shù)學模型 140
4.4.2 偏振調(diào)控效果的理論分析與仿真 142
4.4.3 實驗驗證 146
參考文獻 148
第5章 部分相干光場的三維偏振算法 150
5.1 三維部分相干光場的數(shù)學表征 150
5.1.1 三維相干矩陣法 150
5.1.2 三維斯托克斯矢量法 151
5.1.3 強度橢球法 152
5.1.4 三維部分相干光場的9×1相干矢量表示方法 153
5.2 基于 9×1 相干矢量的三維偏振算法 159
5.2.1 三維部分相干光場與光學系統(tǒng)的偏振作用 159
5.2.2 局部坐標系下的三維相干轉(zhuǎn)換矩陣計算方法 161
5.2.3 全局坐標系下的三維相干轉(zhuǎn)換矩陣計算方法 166
5.3 基于特征值分解的三維偏振態(tài)的幾何表示 168
5.3.1 三維相干轉(zhuǎn)換矩陣的特征值分解 168
5.3.2 三維偏振態(tài)的投影偏振橢圓表示法 169
5.4 基于零值分解的三維偏振度的幾何表示 170
5.4.1 三維相干轉(zhuǎn)換矩陣的零值分解 170
5.4.2 三維偏振度的等邊三角形表示法 171
5.4.3 三維偏振度的空心球殼第一卦限表示法 174
參考文獻 177
第6章 部分相干光場三維偏振理論的應用舉例 179
6.1 浸液式高倍顯微物鏡的偏振特性計算與仿真 179
6.1.1 浸液式高倍顯微物鏡的光學參數(shù) 179
6.1.2 浸液式高倍顯微物鏡偏振特性的理論計算 181
6.1.3 浸液式高倍顯微物鏡偏振特性的數(shù)值仿真與分析 184
6.2 顯微物鏡偏振特性的實驗驗證 186
6.2.1 顯微物鏡偏振特性的理論計算 186
6.2.2 實驗驗證 187
6.3 深紫外光刻投影物鏡的偏振特性計算 193
6.3.1 深紫外光刻投影物鏡的光學系統(tǒng)及技術(shù)參數(shù) 193
6.3.2 深紫外光刻投影物鏡偏振特性的理論計算 195
6.3.3 深紫外光刻投影物鏡偏振特性的數(shù)值仿真與分析 200
參考文獻 202