为了对一种修正式对称分束Wollaston棱镜的分束特性进行系统分析,利用折射定律和菲涅耳公式,以632.8nm波长为例,给出了出射光与水平方向的夹角随修正角、结构角之间的变化关系曲线、光强分束比随结构角的变化关系以及入射角对棱镜分束角和出射光束对称性的影响曲线。结果表明,通过对出射端面的修正可以实现Wollaston棱镜的严格对称分束; o光、e光分束角主要取决于棱镜结构角,受棱镜修正角影响较小;光强分束比随结构角的增大变化幅度较小; 当光线以小角度入射时,入射角主要影响棱镜分束角对称性; 入射角在-3°~3°之间变化时,两出射光线的不对称度小于6°,可以保证较好的对称分束效果。该研究为该棱镜的设计和应用提供了理论指导。

为了节省冰洲石晶体材料、并实现偏光棱镜光路的直角分束, 采用冰洲石晶体与氟化钡晶体二元复合的方案, 设计了一种冰洲石-氟化钡紫外直角分束偏光镜。以波长为265.6nm的紫外光为例给出了设计实例。从理论上分析了入射光经过该偏光棱镜后, e光、o光的分束角和光强分束比随入射角及入射光波长的关系, 并通过计算软件作出关系曲线图。结果表明, 该偏光棱镜分束角与直角偏差小, e光、o光的光强分束比约为1∶1; 在240nm~400nm的波段范围内, 垂直入射对应的直角分束偏差小于1.0°, 光强分束比与1的偏差在0.02以内, 具有较宽的光谱适用范围。该研究对直角分束棱镜的设计、制作以及实际使用提供了有价值的参考。

为了研究Rochon棱镜反向使用消光比特性, 采用分析棱镜胶合剂中光弹效应的方法, 对Rochon棱镜正、反向使用时消光比进行了分析, 并设计了实验, 从理论和实验上对平行光反向通过Rochon棱镜时消光比下降的原因进行了研究。结果表明, 当平行光正向通过Rochon棱镜时, 消光比为1.14×10-5; 反向通过时, 消光比为2.93×10-3;反向通过加上λ/4波片后, 消光比为5.72×10-5; 准直光束反向通过Rochon棱镜时, 由于胶合剂中的光弹效应的存在, 使得传播方向不改变的一束光的消光比下降, 验证了理论分析的正确性。该结果可为Rochon棱镜的设计制作和正确使用提供必要的参考。

为了解钒酸钇Wollaston棱镜的分束特性, 通过棱镜中的光路分析, 得到光束正入射时o光光束和e光光束的分束特性公式, 并用MATLAB软件拟合得到棱镜的分束特性关于入射光波长和结构角的变化关系曲线。结果表明, 对于一定结构角的棱镜, 其分束角具有明显的色散特性, 波长越短, 分束角越大, 且变化也越快, 在红外光谱范围, 波长对棱镜分束角的影响减小, 其分束角趋于稳定; 分束角的对称性受波长变化的影响较小, 应用中可以忽略。棱镜的结构角与入射光波长对棱镜的透射比均有影响, 当棱镜的结构角一定时, 透射比随入射光的波长呈振荡性变化, 且o光透射比的光谱效应更为明显。该研究可以为棱镜的设计制作和实际使用提供有价值的参考。

利用热膨胀系数张量推导出光学方解石晶体(OCC)的任意方向热膨胀系数的表达式，确定了晶体的零膨胀方向；推导出晶体任意方向双折射率的温度变化量的表达式，并给出晶体中任意方向光程差随温度的变化关系。结果表明，对应方位角为65.35°或114.65°的方向是OCC的零膨胀方向；温度对晶体中光程差的影响随方位角的变化而变化，在垂直于晶体光轴的方向这种影响最大。

为适应偏光技术对偏光分束器件的需求,给出了一种新型偏光分束器件双萨那芒特棱镜的设计。通过光路分析,得出了双萨那芒特棱镜分束角的表达式,详细分析了分束角与结构角和入射光波长的关系,研究了棱镜分束角的入射角效应。结果表明:对于确定波长的单色光,分束角随结构角的增大而增大;对于一定的结构角,分束角随着入射光波长的增大而减小。与常规萨那芒特棱镜相比,对于相同的棱镜结构角,双萨那芒特棱镜的分束角约为常规萨那芒特棱镜的2倍。对于确定的结构角和入射光波长,棱镜的分束角随着入射角的变化而变化。

为了分析双折射晶体相位延迟片(即波片)的延迟量色散性质, 由晶体已知的折射率数据, 拟合得出光线垂直入射不同双折射晶体波片的相位延迟与波长的关系式。在此基础上针对几个常用设计波长和选定级数的波片, 利用MATLAB软件拟合, 得到入射光波长与波片相位延迟量的变化关系曲线。结果表明, 不同双折射晶体波片其消色差特性具有很好的一致性, 其原因在于晶体双折射率色散的一致性; 同一设计波长的波片, 其消色差效果随着波片级数的增加而变差; 而对于相同的级数, 设计波长越长其波片的消色差效果越好, 且随波长增加, 波片的消色差效果变好具有线性关系。

为了了解有色冰洲石晶体经热处理退色后光学性能的变化，实验探索了黄色及紫色晶体的退色条件。采取同一块有色晶体分为两个部分，再将退色与未退色的两部分一起抛光制作样品，设计实验对样品的透射比、消光比和主折射率进行了测试。结果表明：黄色与紫色冰洲石晶体的退色温度分别为405 ℃和485 ℃(恒温4 h)。退色后，晶体的消光比与主折射率没有变化，深黄色、轻黄色和紫色冰洲石晶体的透射光谱向紫外都有较大的拓展，尤其是深黄色晶体，不但透射范围向紫外延伸了约130 nm，而且400~600 nm 波段内透射比有了较大的提高。由此可见，退色后有色冰洲石晶体达到了光学级晶体的光学性能。将有色冰洲石晶体进行退色利用，对于有效利用冰洲石晶体天然资源具有重要意义。

为了分析三元波片复合退偏器对单色光的退偏性能的影响, 利用穆勒矩阵和斯托克斯矢量对三元波片复合退偏器的退偏效应进行了理论分析, 推导出了单色线偏振光经过三元波片复合退偏器后出射光偏振度的表达式, 并对出射光的偏振度与各个参量的关系进行了讨论。结果表明, 这种结构能够对线偏振光实现理想退偏。当α=0rad, ω＞25rad/s时, 退偏度P＜1%。这一结果对退偏器的设计研究有重要的参考价值。

为了分析胶合剂折射率对Glan-Thompson棱镜性能的影响, 采用理论分析的方法, 得出棱镜视场角以及光正入射和斜入射时棱镜的透射比与胶合剂折射率的关系式。在此基础上, 针对几种确定长度孔径比的Glan-Thompson棱镜, 利用计算机拟合, 取得棱镜视场角及透射比随胶合剂折射率变化的关系曲线, 并进行了实验验证。结果表明, 对于不同长度孔径比的棱镜, 最大视场角不同, 且对应不同的胶合剂折射率值;胶合剂折射率等于e光的主折射率时, 棱镜有最大透射比;由于棱镜的长度孔径比、最大视场角、透射比以及胶合剂折射率之间有相互制约的关系, 采用长度孔径比为2.5的棱镜设计和折射率为1.45～1.46的胶合剂是一种较佳的方案。这一结果对优化Glan-Thompson棱镜的视场角和透射比是有帮助的。