晶体锥折射空心光束的位相差及偏振特性

根据双轴晶体内锥折射效应产生空心光环的基本原理,推导出空心光环上各点相对于光环最低点的位相差分布规律解析式.通过模拟得到了位相差分布规律,证明了光环上各点的偏振方向变化具有连续性.实验采用非偏振的He-Ne激光准直后经小孔光阑垂直照射KNbO3晶体获得了空心光束,对其偏振特性进行了测试,结果与理论分析相吻合,很好的验证了理论分析的正确性.     

受激发射损耗显微中空心损耗光的光强分布优化研究

受激发射损耗显微技术(STED)作为一种远场超分辨显微成像技术,具有几十纳米甚至几纳米的空间分辨率,是细胞生物学等研究领域的重要成像工具。圆环形空心损耗光在物镜焦点附近的光场强度分布对STED空间分辨率起决定性作用。在高数值孔径物镜聚焦下,光场的偏振态会对聚焦光场的强度分布产生显著的影响,此外,显微系统的轴外像差会严重破坏空心损耗光焦斑的中心对称性。基于矢量衍射理论,理论模拟了在高数值孔径物镜聚焦条件下,入射涡旋光的偏振态和光学系统中的彗差和像散对空心损耗光焦场强度分布的影响。实验上使用纯相位型空间光调制器来校准光学系统相差,优化变形的损耗光,利用纳米探针扫描焦点区域,测量了其焦场强度分布。测量结果与由矢量稍微理论观测的结果一致。     

光学薄膜诱导偏振像差对大数值孔径光学系统聚焦特性的影响

大数值孔径光学系统表面光线的入射角较大, 会导致薄膜的偏振分离, 诱发偏振像差, 影响光学系统的聚焦特性. 本文利用矢量光衍射理论, 建立了光学薄膜各参量与光学系统聚焦光场的模型. 利用该模型分析了线偏振光入射时, 光学薄膜对光学系统聚焦光斑的扰动. 在此基础上, 探讨了应用了不同约束条件下得到的光学薄膜对最终聚焦光场的影响, 确定了减小薄膜扰动光学系统光斑的设计方法, 即额外添加透射率差和位相差的约束条件, 并且适当增加位相差约束的权重. 利用该方法优化设计的薄膜, 相比于普通减反膜而言, 对系统聚焦光场中心强度的提升可达约12.5%.     

径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的模拟研究

基于交叉谱密度函数以及相干偏振统一理论,导出径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的光场表达式,研究了该光束的传输特性.通过理论分析和数值计算可知,径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时,光束以固定的螺旋半径进行螺旋传输.且在传输过程中,光束逐渐由螺旋空心光束演变为螺旋高斯光束,这一过程所需的传输距离与相干长度有关.该光束的偏振角和偏振度都会受到螺旋半径和传输距离的影响,同时,相干长度的变化也会影响偏振度的分布.而相干长度,传输距离和螺旋半径的改变并不会影响光束的偏振椭圆率的分布.     

晴朗天气下满月偏振模式的研究

研究晴朗天气条件下满月天空偏振模式,分析并探索太阳光和月光天空偏振特性的分布规律。对夜间光源进行分析,以Rayleigh散射理论为基础对满月天空偏振模式进行了仿真。利用成像式全天空偏振光测试系统对太阳光、暮光和满月月光的天空偏振模式进行了测试,通过偏振模式中的特殊点——中性点和子午线方向进行对比分析。结果表明:晴朗天气下满月偏振模式与仿真结果基本一致,符合Rayleigh散射理论;暮光偏振模式同时受到月光和太阳光的影响;当太阳高度角和月亮高度角相近时,太阳光和月光分布规律是相似的;光强大小并不改变天空光偏振模式的分布规律和偏振度的大小。     

光致各向异性记录介质偏振全息图的透射矩阵

在给定参、物光波的偏振态和位相差的关系以后,用光致各向异性介质记录偏振全息图的光学常数分布便被确定。这样,可以把偏振全息图看作是一种复杂的偏振元件,按照偏振元件的矩阵理论,可以求出偏振全息图的透射矩阵。透射矩阵与照明光的琼斯矢量相乘,便可以求出再现光波的琼斯矢量。 关键词：     

偏振方向及结构间耦合作用对空心方形银纳米结构表面等离子体共振的影响

空心方形纳米结构能够激发更大面积的增强电场,故其可以作为衬底用于表面增强拉曼散射.应用离散偶极子近似算法研究了空心方形银纳米结构的消光光谱及其近场电场分布与入射光偏振方向之间的关系.研究表明,空心方形银纳米结构的表面等离子体共振峰不随入射光偏振方向的改变而移动,但是其表面增强电场分布却强烈地依赖于入射光的偏振方向.另外,还讨论了空心方形银纳米结构间的耦合作用对其表面等离子体共振模式的影响.结果发现,可以通过调节结构间的距离来改变结构间的耦合作用,同时改变了表面等离子体共振峰的位置.这些结果将为理解闭合纳米 关键词： 空心方形银纳米结构 表面等离子体 偏振 电场耦合     

空心锥状双高斯光束传输特性研究

建立了空心锥状双高斯光束的模型.在空心高斯光束模型的基础上,由初始光场的光强分布,利用柱坐标下的柯林斯公式,导出了空心锥状双高斯光束经过傍轴光学系统的解析传输变换式由传输变换式计算分析了空心锥状双高斯光束在自由空问的可控传输特性,及在1,10和60 m的截面光环的光强分布.用KNbO3双轴晶体进行实验,获得了空心锥状双高斯光束,外锥折射的锥角等于入射光会聚角.实验表明,当空心光束处于锥状发射状态时,空心光束的光环内黑斑面积随传输距离的增加而增加,实验结果与模型吻合较好.该研究为进一步设计制备基于空心锥状舣高斯光束的新型激光元件提供了理论依据和设计参量.     

一种基于新型偏振干涉成像光谱仪的目标偏振信息探测新方法

提出了一种采用基于视场补偿型Savart偏光镜的新型偏振干涉成像光谱仪对二维目标偏振信息进行空间遥感探测的新原理和新方法.在新型偏振干涉成像光谱仪光学系统不变的情况下,通过旋转偏振干涉仪分别测出了三个不同角度下像面上各像点的光强值,反演出了二维面目标的斯托克斯矢量,并给出了各像点偏振度和偏振方向的理论表达式.采用计算机模拟实验对该探测原理和方法进行了验证,所得结果与理论完全符合.从理论和实践上扩展了干涉成像光谱仪的探测功能,与目前国内外所研究的成像光谱仪相比,该成像光谱仪既能同时探测目标二维空间信息和一维光谱信息,又提供了一种获得目标偏振信息的手段和方法.     

偏振和衍射双重效应影响的Schmidt棱镜特性

一束偏振光经过Schmidt棱镜的两个不同路径,成为两个不同的偏振状态,使得出射光束的偏振态呈现非均匀分布.为了探索偏振态非均匀分布对Schmidt棱镜传光质量的影响机理,将两个路径对应的光波函数引入屋脊衍射积分方程,得到了偏振效应影响的屋脊衍射场强分布.场强分布的数字计算表明:在偏振效应和衍射效应的双重影响下,经Schmidt棱镜出射的光场分布出现了严重变形;对应同一入射线偏振光出现的P、S两分量位相差的差异,使得P、S分量的屋脊衍射光强分布IP、IS有很大差异,这种差异在入射线偏振光方位角为0°和90°时达到最大;而合光波的衍射光强IP+IS是分裂为有一定空间间距的多峰分布,但多峰分布随入射线偏振光方位角的变化比较小.实验拍摄了He-Ne激光经Schmidt棱镜衍射后出射光强分布图.实验结果和理论分析一致性表明:Schmidt棱镜中的偏振效应和屋脊衍射效应导致了一束入射线偏振光分裂为有一定空间间距的多峰光束,严重破坏了Schmidt棱镜的传光特性.     

Analysis of Internal Conical Refraction Using Ray Tracing Formulas for the Biaxial Crystal

Internal or external conical refractions are strange optical phenomena appearing in biaxial crystal. In this paper the analysis of internal conical refraction is derived using the ray tracing formulas for the biaxial crystals, after explaining the theory of the ray tracing for the biaxial or uniaxial crystals. The double rings of conical refraction are also investigated; these are affected by the polarization state or angular intensity distributions of the incident light beam causing conical refraction.     

利用可变光阑实现双轴晶体动态外锥折射

介绍了一种获得晶体动态外锥折射的方法.用全固态绿光激光器和双轴晶体kNbO_3,通过改变位于已消球差的双胶合透镜后表面处可变光阑的通光孔径,即改变入射光束的会聚角度,来实现入射光会聚角对外锥折射锥角的调制,由此得出双轴晶体kNbO_3外锥折射的锥角表达式.实验结果表明,周期性改变孔径光阑通光孔径的大小(入射光束的会聚角度)时,外锥折射锥角也同步地发生周期性的改变;外锥折射锥角等于入射于双轴晶体端面上的光线的会聚角.利用可变光阑可实现双轴晶体动态外锥折射并获得可控激光环,实验所测锥角角度与理论计算符合较好.     

Conical refraction: Experiments and large-scale demonstrations

Results of experiments on internal and external conical refraction on a rhombic sulfur single crystal are presented. A high-transmission optical scheme is suggested with light focusing on the crystal surface which allows two fringes of internal conical refraction ∼1 m in diameter to be observed in laser radiation. Two fringes of external conical refraction with unique polarization state are first observed, and conditions of light energy concentration along the biradial are discussed. The focusing power of a plane-parallel biaxial crystal plate is measured. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 8, pp. 42–48, August, 2007.     

双轴晶体锥形折射扫描研究

对双轴晶体锥形折射效应进行了深入研究 ,选用 KNb O3晶体 ,获得 0～ 2 5°任意锥角的动态锥形折射。研制出一种新型的激光锥形折射扫描器 ,实现全光束大角度锥形折射扫描     

Conical refraction and formation of multiring focal image with Laguerre-Gauss light beams

For a light beam focused through a biaxial crystal along one of its optical axes, the effect of internal conical refraction in the crystal leads to the formation in the focal image plane of two bright rings separated by a dark ring. It is shown that, with circularly polarized Laguerre-Gauss LG(0)(?) beams entering the crystal, this classical double-ring pattern is transformed into a multiring one consisting of ?+2 bright rings.     

Extremely short vector solitons under the conditions of conical refraction

Propagation of extremely short electromagnetic pulses in a biaxial crystal under the conditions of conical refraction has been considered. The system of wave equations taking into account the dispersion contribution of the crystal lattice ions to the polarization response of the medium and a nonlinearity of the polarization response of electrons has been derived. It has been shown that under certain conditions this system can be reduced to an equation which is integrable by means of the inverse scattering transformation method. The proper Lax pair has been found. Physical analysis of the steady-state pulse solution of the system of wave equations has been performed.     

激光动态外锥折射实验研究

根据双轴晶体的锥形折射效应，提出锥角可控的动态外锥折射以及一种实现外锥折射的新方法；选用ＫＮｂＯ３晶体进行实验，不仅观察到外锥折射，而且实现了锥角在０°～８°范围内的外锥折射扫描控制     

环形光束锥形衍射出射光场偏振特性及光场调控

环形光束的锥形衍射效应对于微粒的操控具有重要的应用价值.本文建立了环状高斯光束的锥形衍射模型,并基于Berry理论给出了线偏振态下环形光束锥形衍射出射光场的计算公式.理论仿真了环状光锥形衍射出射光场的偏振特性,得出环光锥形衍射出射光场的内、外亮环具有相互正交的偏振分布特性.搭建了线偏振态下环状高斯光锥形衍射的实验系统,实验验证了出射光场的偏振特性.针对环形光束锥形衍射出射光场具备的偏振特性,设计了一种组合偏振片,理论和实验研究了该组合偏振片对环光锥形衍射出射光场的调控.结果表明,随着组合偏振片方位角的变化,锥形衍射出射光场的内、外环强度发生周期性的变化.     

Conical refraction of elastic waves in absorbing crystals

The absorption-induced acoustic-axis splitting in a viscoelastic crystal with an arbitrary anisotropy is considered. It is shown that after “switching on” absorption, the linear vector polarization field in the vicinity of the initial degeneracy point having an orientation singularity with the Poincaré index n = ±1/2, transforms to a planar distribution of ellipses with two singularities n = ±1/4 corresponding to new axes. The local geometry of the slowness surface of elastic waves is studied in the vicinity of new degeneracy points and a self-intersection line connecting them. The absorption-induced transformation of the classical picture of conical refraction is studied. The ellipticity of waves at the edge of the self-intersection wedge in a narrow interval of propagation directions drastically changes from circular at the wedge ends to linear in the middle of the wedge. For the wave normal directed to an arbitrary point of this wedge, during movement of the displacement vector over the corresponding polarization ellipse, the wave ray velocity s runs over the same cone describing refraction in a crystal without absorption. In this case, the end of the vector moves along a universal ellipse whose plane is orthogonal to the acoustic axis for zero absorption. The areal velocity of this movement differs from the angular velocity of the displacement vector on the polarization ellipse only by a constant factor, being delayed by π/2 in phase. When the wave normal is localized at the edge of the wedge in its central region, the movement of vector s along the universal ellipse becomes drastically nonuniform and the refraction transforms from conical to wedge-like.