4-52  偏振分光系统中相位延迟的计算与补偿

颜  宏  叶一东  张  卫

地平式折轴望远镜结构紧凑、使用方便，被用于人造激光信标系统。它不仅能实现共孔径发射和接收信标激光，还能进行目标的捕获、跟踪和瞄准。共孔径偏振分光系统利用发射和接收激光偏振态的不同来实现分光，其分光光路如图1所示。在此系统中，望远镜方位角和俯仰角的变化将直接引起激光偏振态的变化，从而造成偏振分光效率的严重退化。故偏振分光系统中相位延迟的计算与补偿是亟待研究的问题。

首先建立了偏振分光系统的物理模型，简单介绍了偏振分光的基本原理。用Mueller矩阵和Stokes矢量建立偏振分光系统的数学模型。用Stokes矢量描述光束的偏振态，推导出描述大气、望远镜和其他光学器件对激光偏振态影响的Mueller矩阵，并对其作适当简化。在此基础上推导出系统分光效率公式，并对望远镜方位角和俯仰角变化对分光效率的影响进行了数值模拟。分析了影响激光偏振特性的各种因素，并确定了主要和次要因素。通过对望远镜各部分Mueller矩阵的研究，首次提出利用实验所获光强数据，分步计算望远镜各部分相位延迟的数值方法，使对望远镜的偏振补偿在工程上成为可能。简单介绍了静态和动态相位补偿的基本原理和方法，并分别对其补偿效果和工程实施的可行性进行了分析。提出旋转两个λ/4波片进行动态偏振补偿的方法，并对采用此方法能达到的最高补偿效率以及补偿的连续性进行数值模拟。最后，分析了影响偏振补偿精确度的理论因素和实验误差，并指出实现更精确补偿应该考虑的问题。