离子交换法制作的折射率梯度棒分布系数计算与验证

本文主要探讨了用离子交换法制备的径向折射率梯度棒的折射率分布系数g、h4和h6的理论计算及其实验验证。作者首先介绍了折射率梯度棒在光学系统中的广泛应用，如自聚焦透镜、医用光学诊断器和光复印机中的重要作用，尤其是在光纤通信系统中，它们作为无源器件的关键部分，对系统的像差控制和光能效率有着直接影响。 折射率分布的高次系数，特别是二次项（g）和高阶系数（h4和h6），对光路的性能至关重要。文章提出了一种新的方法来计算这些系数，不同于微分干涉法，这种方法不需要得到折射率的绝对值，也避免了折射率配液法的复杂性。公式(1)给出了折射率随径向距离变化的表达式，其中n(ρ)表示偏离轴线的折射率，g是二次分布系数，h4和h6则代表四次和六次分布系数。 离子交换法制备过程中，通过高温下的离子交换反应，使得玻璃棒中的Tl+与熔盐中的五+离子交换位置，从而形成了折射率梯度。在这个过程中，由于Tl+的折射率较高，交换后的玻璃棒中折射率呈现出从中心到边缘的递减趋势。文章还提供了描述这一“离子交换”过程的数学模型。 作者详细推导了g、h4和h6与材料特性的关联计算公式，并利用特定的材料参数进行计算，结果显示所得g值与通过成像法测量的结果有良好的一致性，验证了所提出的计算方法的有效性。这为优化折射率梯度棒的设计和性能评估提供了实用的工具。 本文深入研究了折射率梯度棒的制造工艺及其折射率分布系数的理论计算，为实际应用中对这类器件的性能优化提供了理论基础，对于提高光学系统和无源器件的性能具有重要意义。