[發(fā)明專(zhuān)利]一種兩片式線性色散組合棱鏡分光器件的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611062645.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106773031B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何志平;楊秋杰;秦俠格;徐映宇;舒嶸
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G02B27/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B27/00
• 代理公司: 上海新天專(zhuān)利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

1.一種兩片式線性色散組合棱鏡分光器件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步選材：

定義絕對(duì)非線性系數(shù)P、Q如(1)式所示：

P＝|(S₁-S₂)/S₂|,Q＝|(T₁-T₂)/T₂| (1)

其中S₁、T₁為第一個(gè)棱鏡的非線性色散系數(shù)，S₂、T₂為第二個(gè)棱鏡的非線性色散系數(shù)；

若要在可見(jiàn)近紅外波段λ<1μm實(shí)現(xiàn)線性色散，則要求兩種材料的絕對(duì)非線性系數(shù)滿(mǎn)足P<0.03；若要在近紅外、中波紅外波段λ≈1μm實(shí)現(xiàn)線性色散，則要求兩種材料的絕對(duì)非線性系數(shù)滿(mǎn)足P<0.01,Q<0.01；若要在中波紅外、長(zhǎng)波紅外波段λ>1μm實(shí)現(xiàn)線性色散，則要求兩種材料的絕對(duì)非線性系數(shù)滿(mǎn)足Q<0.03；

第二步，色散性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立：

色散性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有兩個(gè)，其一是角色散率，其二是角色散率非線性度；

第三步，組合棱鏡的角色散率計(jì)算：

針對(duì)兩片式組合棱鏡不同的構(gòu)型，分別計(jì)算其角色散率函數(shù)；

左右并排透射型組合棱鏡構(gòu)型中，其角色散率函數(shù)R(λ)表達(dá)式如(2)式所示：

其中n₁、n₂分別表示材料1、材料2的折射率，λ表示波長(zhǎng)，i₁表示光線進(jìn)入組合棱鏡時(shí)的入射角，i′₃表示光線經(jīng)過(guò)組合棱鏡時(shí)的出射角，α₁表示左棱鏡的頂角，α₂表示右棱鏡的頂角；

第四步，組合棱鏡形狀參數(shù)的計(jì)算：

當(dāng)兩片棱鏡的材料確定之后，對(duì)于特定的棱鏡組合，接下來(lái)需要確定的是棱鏡的形狀和光線的入射角；這些參數(shù)可以運(yùn)用線性規(guī)劃理論求解，求解過(guò)程中添加的約束條件分別為棱鏡的形狀約束，光線的初始入射角約束，以及組合棱鏡的角色散率非線性度約束，左右并排透射型組合棱鏡構(gòu)型中，通過(guò)求解(3)式可獲得組合棱鏡的形狀參數(shù)；

其中α₁、β₁、γ₁表示左棱鏡的頂角和底角，α₂、β₂、γ₂表示右棱鏡的頂角和底角，i₁表示光線的入射角，NL表示組合棱鏡的角色散率曲線的非線性度；

第五步，組合棱鏡構(gòu)型的確定：

兩種材料選定時(shí)，會(huì)有下面兩種情況出現(xiàn)：對(duì)于同一構(gòu)型的組合棱鏡，會(huì)得到多組滿(mǎn)足線性色散條件約束的形狀參數(shù)解；對(duì)于不同構(gòu)型的組合棱鏡，均存在滿(mǎn)足線性色散條件約束的形狀參數(shù)解；此時(shí)從所有滿(mǎn)足線性色散條件約束的形狀參數(shù)解中，選擇使角色散率取最大值的形狀參數(shù)解；由此獲得色散能力較好的線性色散組合棱鏡；

第六步，根據(jù)工程需要，將三角棱鏡“剪裁”成合適的形狀，其剪裁形狀是三角棱鏡，或者是切去頂角而形成的梯形棱鏡，或者是切去頂角和一個(gè)底角而形成的五邊形棱鏡，或者是切去頂角、兩個(gè)底角而形成的六邊形棱鏡。