1.一种两片式线性色散组合棱镜分光器件的设计方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步选材:
定义绝对非线性系数P、Q如(1)式所示:
P=|(S1-S2)/S2|,Q=|(T1-T2)/T2| (1)
其中S1、T1为第一个棱镜的非线性色散系数,S2、T2为第二个棱镜的非线性色散系数;
若要在可见近红外波段λ<1μm实现线性色散,则要求两种材料的绝对非线性系数满足P<0.03;若要在近红外、中波红外波段λ≈1μm实现线性色散,则要求两种材料的绝对非线性系数满足P<0.01,Q<0.01;若要在中波红外、长波红外波段(λ>1μm)实现线性色散,则要求两种材料的绝对非线性系数满足Q<0.03;
第二步,色散性能评价指标的建立:
色散性能评价指标有两个,其一是角色散率,其二是角色散率非线性度;
第三步,组合棱镜的角色散率计算:
针对两片式组合棱镜不同的构型,分别计算其角色散率函数;
左右并排透射型组合棱镜构型中,其角色散率函数R(λ)表达式如(2)式所示:
其中n1、n2分别表示材料1、材料2的折射率,其他符号的含义如说明书附图2所示,其中λ表示波长,i1表示光线进入组合棱镜时的入射角,i′3表示光线经过组合棱镜时的出射角,α1表示左棱镜的顶角,α2表示右棱镜的顶角。
第四步,组合棱镜形状参数的计算:
当两片棱镜的材料确定之后,对于特定的棱镜组合,接下来需要确定的是棱镜的形状和光线的入射角;这些参数可以运用线性规划理论求解,求解过程中添加的约束条件分别为棱镜的形状约束,光线的初始入射角约束,以及组合棱镜的角色散率非线性度约束,左右并排透射型组合棱镜构型中,通过求解(3)式可获得组合棱镜的形状参数。
其中α1、β1、γ1表示左棱镜的顶角和底角,α2、β2、γ2表示右棱镜的顶角和底角,i1表示光线的入射角,NL表示组合棱镜的角色散率曲线的非线性度。
第五步,组合棱镜构型的确定:
两种材料选定时,会有下面两种情况出现:对于同一构型的组合棱镜,会得到多组满足线性色散条件约束的形状参数解;对于不同构型的组合棱镜,均存在满足线性色散条件约束的形状参数解;此时从所有满足线性色散条件约束的形状参数解中,选择使角色散率取最大值的形状参数解;由此获得色散能力较好的线性色散组合棱镜。
第六步,根据工程需要,将三角棱镜“剪裁”成合适的形状,上棱镜和下棱镜,或者左棱镜和右棱镜,可以是三角棱镜,可以是切去顶角而形成的梯形棱镜,可以是切去顶角和一个底角而形成的五边形棱镜,也可以是切去顶角、两个底角而形成的六边形棱镜。