反射型圆束偏器

目的  研究由反射镜组组成的新型反射型圆束偏器.

方法  在对立方棱镜的结构特性和阿贝屋脊棱镜的成像特性分析的基础上,提出了由三个反射镜组组成的新型反射型圆束偏器.

结果　用反射棱镜共轭理论推导出该反射型圆束偏器在会聚光路中的稳像公式.

结论　该反射型圆束偏器能实现两自由度偏折光束,正像,具有体积小和适合于宽光谱范围

等特点.

圆束偏器是圆对称光束偏折器,它具有正像作用[1].当圆束偏器绕垂直于光轴的平面内的任一根轴线转动时,像光束将绕同一轴线转动二倍于圆束偏器的转角.常用的圆束偏器有道威屋脊棱镜、别汉屋脊棱镜和阿贝屋脊棱镜.它们的共同特点是通过光线的折反来实现对光束的偏折,达到调整与稳像的作用.当入射光束口径较大时,这些棱镜的体积和重量将随之增大.对于红外系统,由于在棱镜内的光程长,将使得光能有较大的损失,而无法采用这种形式的圆束偏器.从减轻重量和有利于各种光谱系统实用的角度出发,对反射型圆束偏器进行了探讨,用几个反射镜以一定的形式组合起来,形成一个具有圆束偏器功能的反射型圆束偏器.其特点是体积小,适用于各种光谱系统.

1　反射型圆束偏器

由立方棱镜的结构特性和阿贝屋脊棱镜的成像特性得到了启发:棱镜型圆束偏器的成像由两部分组成,即反射部分和折射部分.通过棱镜的展开可知,棱镜的调整和稳像特性是由反射部分决定的.这样可以将棱镜型圆束偏器的折射部分去掉,只保留其反射部分,不会影响它的调整和稳像特性[2].用阿贝屋脊棱镜的反射部分作为一个反射型圆束偏器,考虑到它的纵向尺寸较长,用由两个道威棱镜组成一个立方棱镜的方法,将上述的两个反射镜组组合起来,可以使纵向尺寸减小一半[3,4].这样就形成了图1所示的反射型圆束偏器.

当图1中的8个反射面镀的反射膜与光学系统的光谱响应范围相应,通过该反射型圆束偏器的光学系统的光能不会有变化.考虑到反射型圆束偏器在光学系统中的位置,合理地选取它的通光口径,也不会影响光学系统的通光性能.

因在会聚光路中,通过选择反射镜组的位置[5],可以适当减小反射镜组的入射口径,也就意味着减小反射镜组的纵向尺寸,因此下面讨论它在会聚光路中的稳像特性.

2　反射型圆束偏器稳像特性

任一反射面的矢量反射定理的矩阵表示形式如下:

    从上面的推导可以看出:由两个去掉折射部分的阿贝屋脊棱镜型反射镜组以图1的形式放置时,它们的作用矩阵是相同的,且该作用矩阵和圆束偏器的作用矩阵也相同.由此说明以图1形式所组成的反射型圆束偏器能象一般的圆束偏器一样作用在光学系统中.在会聚光路中因共轴性的要求,不允许反射镜作较大的转动,因此,这里只讨论微量转动公式.对于会聚光路,通用的相对稳像公式为