椭球粒子烟雾浓度对激光偏振度影响的实验研究

以斯托克斯矢量理论为基础,通过搭建偏振传输半实物模拟装置进行模拟实验,观测激光在模拟环境(不同浓度的椭球粒子在非均匀分布状态)下偏振度(degree of polarization, DOP)的变化。实验选取灵芝孢子碳化粉末作为椭球粒子的实验对象,通过烟雾机将椭球粒子形成不同浓度的烟雾,研究入射波长为532 nm、671 nm的激光在0°、+45°、90°的线偏振光以及左旋圆偏振光经过模拟环境后偏振度(DOP)的变化情况。实验结果表明:入射偏振光随着烟雾浓度的增大,偏振度呈下降趋势;3种入射线偏振光随浓度增大降幅不尽相同,没有明显的规律可循;不同波长低浓度烟雾时,线偏振光与圆偏振光的偏振度下降幅度大抵相同,大约为3%左右;随着烟雾浓度的增大,线偏振光的偏振度表现出不同程度的下降,可达20%,圆偏振光的偏振度仅下降5%,表现出了较好的保偏能力。     

光在可变厚度介质中后向散射传输的偏振特性分析

针对不同浓度下介质厚度改变对后向散射光偏振特性影响的问题,以典型蒙特卡罗偏振模型为基础,提出了一种基于后向散射的可变介质厚度蒙特卡罗偏振模型。根据本文提出的模型开展了仿真实验,得到了不同浓度下介质厚度与后向散射偏振特性的影响关系。仿真结果表明,介质厚度在不同浓度下均对后向散射光的偏振度有着直接影响;在低浓度的情况下,介质厚度增加主要起消偏作用,浓度达到一定阈值后,介质厚度增加起起偏作用;在低浓度的情况下,线偏振光的后向散射光偏振保持特性优于圆偏振光,浓度达到一定阈值后,圆偏振光的后向散射光偏振保持特性优于线偏振光;在浓度极高的情况下,线偏振光与圆偏振光的保持特性趋于一致。     

烟雾浓度对偏振光传输特性的影响

针对烟雾环境中烟雾浓度对偏振光传输特性的影响问题,采用烟煤粒子作为研究对象,分别研究了水平、垂直、+45°方向线偏振光及左旋、右旋圆偏振光经不同浓度介质传输后偏振度(DOP)的变化情况。采用蒙特卡罗方法建立仿真模型并对偏振传输理论进行分析。根据实测中浓度条件的不可控因素,采用光学厚度表征浓度,从仿真与室内实验两方面验证浓度对偏振光传输特性的影响。结果表明,偏振光入射时,偏振度随介质浓度的增加不断下降;水平、垂直、+45°线偏振光入射时,不同线偏振光偏振度随浓度的变化趋势大致相同;圆偏振光入射时,左旋、右旋圆偏振光的变化趋势基本一致;介质浓度较低时,圆偏振光偏振度随浓度的变化与线偏振光大致相同,而介质浓度较高时,圆偏振光的偏振度始终大于线偏振光,表明圆偏振光在高介质浓度、低能见度条件下具有更好的保偏能力。     

油雾浓度对激光偏振度的影响

基于斯托克斯矢量,通过测量偏振度,研究不同入射偏振态的激光分别在不同浓度油雾介质中传输后偏振特性的变化情况.实验采用波长为671nm和532nm的水平、45°、-45°、90°的线偏振光,使它们分别入射到5种不同浓度的油雾介质中,计算四种偏振态偏振光的偏振度变化情况.结果表明,在相同油雾浓度下,对于不同波长的激光,波长越长,线偏振度越高,然而每种波长随浓度的变化趋势是一样的;在相同波长情况下,随着浓度的改变,水平与垂直线偏振光的偏振度变化较大,可达50%,135°与45°线偏振光的偏振度变化较小,约为20%.     

非球形介质的偏振激光传输特性实验研究

实验用一种新的化学方法合成了a/b(横纵比)1.6的椭球形非球形粒子,且以这种粒子为介质,通过油雾机在烟雾箱里产生不同浓度的非球形粒子,在均匀条件下分别以不同波长的激光(532nm,671nm)为入射光,透过衰减片、偏振片和1/4波片,并以旋转偏振片的方式使入射光变为0°,45°和左旋偏振光。分别以波长,入射角,非球形介质体积浓度为变量,研究偏振度(DOP)、偏振角(AOP)和光强(I)的变化情况,得到了偏振传输特性的变化规律以及保偏性能的优劣,对非球形介质的偏振传输特性的研究提供了数据和理论支持。     

油雾扩散过程中浓度对偏振激光传输特性的影响

针对大气环境中粒子浓度对激光传输过程的影响问题,以油雾粒子为研究对象,利用油雾粒子在扩散过程中产生的非均匀环境,进行了偏振激光传输的半实物仿真实验。实验采用532 nm激光器,分别研究了水平线偏振光、45°线偏振光以及左旋圆偏振光在油雾扩散过程中偏振态的变化情况。利用粒度仪对扩散环境进行了量化标定。实验结果表明:在油雾扩散过程中,浓度越高,偏振度变化的随机性越大,圆偏振光的保偏性优于线偏振光。在相同浓度下,0°线偏振光对偏振态的保持性要优于45°线偏振光。在浓度极高的情况下,体积浓度为2 mg/L及其以上时,线偏振光与圆偏振光的保持性趋向一致。     

PMMA材料在线偏振和圆偏振光下的超连续光谱特性分析

飞秒激光在透明材料加工过程中会出现超连续光谱现象。在阐述超连续光谱产生的原理的基础上,为了分析PMMA材料在不同偏振光下产生的超连续光谱的阈值,设计了线偏光和圆偏光及不同能量加工PMMA材料的实验方案。利用光谱仪对产生的超连续光谱信号进行采集及处理,分析出不同能量下的线偏振(TE和TM)和圆偏振两种偏振态的超连续光谱的变化规律,并对比了相同能量下线偏振和圆偏振的超连续光谱的区别。实验中采用脉宽160 fs、中心波长为775 nm的飞秒激光,实验结果表明,同一偏振下能量越大,光谱谱宽越宽;通过对比不同能量下的光谱特性,观测出产生超连续光谱的阈值, 线偏振光的阈值为0.46 μJ,圆偏振光的阈值为0.586 μJ;对比相同能量下的线偏振和圆偏振光,线偏振的谱宽比圆偏振的宽。     

红外波段下湿度对偏振光传输特性的影响

针对红外波段下湿度对偏振光传输特性的影响问题,以自然界中较常见的烟煤粒子作为研究对象,采用蒙特卡洛法仿真研究,不同红外波段下湿度对线偏光和圆偏光传输特性的影响情况及其之间差异特性.结果表明:在短波波段,线偏光与圆偏光的偏振度随湿度的增加都呈现逐渐上升的趋势;在中波波段,随湿度的增加两种偏振光都呈现下降趋势;而在长波波段,湿度对偏振状态几乎没有影响.进一步比较可知,在短波波段,圆偏光具有更好的偏振特性,而在中长波情况下,线偏光的偏振特性更加显著.因此,在应用红外偏振进行探测时,本研究对波段的选取、湿度的控制及偏振态的应用具有重要的指导意义.     

薄膜法布里-珀罗滤光片的偏振特性

用特征矩阵法研究了薄膜法布里-珀罗滤光片的偏振特性。研究发现:随着入射角增大,s偏振光透射模和p偏振光透射模的波长逐渐分离,但分离的幅度较小;随着入射角增大,s偏振光透射模的透射率作幅度较大的震荡变化,而p偏振光透射模的透射率变化较小;当入射角以1°/100的间隔变化时,可以在透射模波长不变的情况下,使s偏振光透射模的透射率发生显著变化,而p偏振光透射模的透射率基本不变。薄膜法布里-珀罗滤光片的偏振特性可以在角度变化的测量中发挥重要作用。     

基于SPGD算法的非保偏-保偏光自适应偏振转换

报道了一种基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的高消光比非保偏-保偏光自适应偏振转换系统。该系统利用偏振控制器对非保偏光的偏振分量进行直接控制,通过SPGD算法对输出的偏振消光比进行优化,最终实现了自适应的非保偏-保偏光的偏振转换。理论上,结合SPGD算法和偏振控制器的原理,对系统进行分析,建立了非保偏-保偏光自适应偏振转换的数学模型。实验上,利用该系统实现了非保偏到保偏光的转换,获得了14.1dB的线偏振光输出;并利用该系统将任意方向(0~360°)偏振态的线偏振光转换为期望偏振态的高消光比线偏光,其输出线偏光的平均消光比约为12dB。     

带有高折射率介质层的金属光栅偏振器特性的研究

研究了一种亚波长金属光栅偏振器在可见光波段的透射与消光特性。与传统亚波长光栅偏振器不同的是,通过在基底和光栅之间增加一层高折射率介质薄膜,提高了TM偏振光透射率和消光比。利用严格耦合波分析法(RCWA),模拟了高折射率介质层厚度、光栅占宽比对透射率和消光比的影响。计算结果表明,在整个可见光波段,合适的介质层厚度可使透射更加均匀并且当入射角在0～60°变化时,TM偏振光的透射率和消光比仍可分别达到79%和50 dB。这种带有高折射率介质层的亚波长金属光栅偏振器结构紧凑,性能优良,特别适合作为液晶平板显示中的偏振分光器件。     

前向散射角度对偏振成像对比度影响的研究

为了分析前向散射角度对偏振成像的影响,从偏振图像对比度出发,分别研究不同偏振状态的线偏振光和不同前向散射角度对目标偏振图像对比度的影响。实验采用波长为532 nm水平线偏振光和-45°线偏振光照射目标,计算两者的偏振图像对比度。结果表明,前向散射角度的增加可有效提升偏振图像对比度,并且水平线偏光的图像对比度低于-45°线偏振光的图像对比度。实验结论可为后续偏振成像探测工作提供技术支持。     

偏振光谱的土壤湿度遥感方法实验研究

偏振探测作为一种新型遥感技术,是对传统光谱遥感探测的有益补充,为目标遥感探测提供更丰富的信息。用地物偏振光谱仪实验测量,分析土壤湿度与偏振光谱的相关性,同时研究不同观测角下的土壤表面反射光偏振光谱特性。结果表明：在土壤湿度较高的情况下,偏振光谱与土壤湿度具有一定的相关性,尤其在500～700 nm波段,湿度与偏振度呈正比关系;低湿度的情况下,偏振光谱与土壤湿度相关性不明显;此外,不同观测角对偏振光谱也有影响,如入射角固定为50°,观测角在20°～60°区间测量时,偏振度随观测角增大而增大,且观测角愈大,偏振度随湿度的变化愈显著。     

偏振光的在日常生活中的应用

光的偏振性和偏振规律不断被人们发现和掌握，相应地在现代生产实践和科学技术中的应用亦日益广泛．比如在化学工业里，利用偏振光测量溶液的浓度．在机械工业中，我们可以利用偏振光的干涉来分析机件内部应力分布情况．偏光干涉仪、偏光显微镜在生物学、医学、地质学等方面有着重要的应用．在航海、航卒方面制出了偏光天文罗盘．     

多层介质膜偏振无关光栅的研制

介绍了一种应用于光纤激光光谱合束的高衍射效率多层介质膜偏振无关光栅的设计及制作,给出了设计参数、制作流程和最终制作的偏振无关光栅的测量结果,在1.044~1.084μm波长范围内,实验测得的TE偏振光、TM偏振光的平均衍射效率分别为89.7%,93.8%。     

水云条件下大气偏振特性研究及其模拟分析

研究了水云光学特性对大气偏振特性的影响,对水云条件下大气偏振模式进行了仿真。使用基于蒙特卡罗法的矢量辐射传输模式,模拟350~700nm波长下大气偏振特性随水云的光学厚度、有效半径的变化趋势。通过计算450nm波长处不同太阳高度角下的全天空离散点的Stocks矢量,对水云下大气的偏振分布模式进行研究,并与晴朗大气下的天空光偏振度和偏振方位角模式进行分析比对。结果表明,波长越大,偏振度随水云光学厚度增大而减小的趋势越明显。随着有效半径的减小偏振度有一定程度的减小,但对短波波段影响较小。随着太阳高度角的增大,天空可探测区域整体偏振度下降。天空光的偏振度近0区域,会对其附近偏振方位角的准确性产生一定影响。水云天气下的大气偏振分布研究为偏振光导航传感器的实际应用提供了理论基础。     

表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分

为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析得到不同缺陷环境、不同观测条件对两种表面缺陷粒子偏振散射特性的影响。结果表明:利用p偏振光入射表面,而后探测p偏振光的双向反射分布函数值随散射方位角的变化趋势可区分两种表面缺陷;无论表面下方气泡粒子位置如何改变,均不影响该趋势的变化情况;不同光学元件表面材料、缺陷粒子种类、缺陷粒子大小对两种表面缺陷的偏振散射模型有一定影响,但整体趋势不变。实验中,针对本文所述两种表面缺陷进行区分时,可选取入射角度和探测散射角度均为45°,采用较小波长入射光进行实验。     

Er:YAP晶体多波长激光运转及偏振特性研究

研究了b轴10 at.%Er∶YAP晶体的偏振吸收和输出特性以及多波长激光运转特性。首次测量了Er∶YAP晶体的偏振吸收光谱,结果显示晶体对偏振方向平行于a轴和c轴的偏振光在~4I_(11/2)能级对应的吸收峰附近的最大吸收系数分别为4.606 3 cm~(-1)(975.2 nm处)和2.936 6 cm~(-1)(967.6 nm处),因此选择合适波长的线偏振光作为泵浦光有利于提高晶体对泵浦光的吸收效率,从而改善激光性能;在氙灯泵浦的激光实验中,自由运转条件下实现了2 710,2 728,2 795和2 918 nm等4条谱线的激光输出,并分别研究了各谱线的偏振特性和起振的阈值特性。通过在谐振腔内加JGS石英片、云母片、 K9镜片等选择性吸收片分别实现了2 918 nm单波长, 2 710,2 821,2 837和2 862 nm等四波长和2 710 nm单波长的激光输出。测量了自由运转和不同选择性吸收片条件下的激光光谱,并与不同选择性吸收片的透过谱及之前报道的荧光光谱进行对照分析,证明通过调节谐振腔能够对Er∶YAP晶体中的起振谱线进行选择。偏振激光实验结果表明除谱线2 918 nm是偏振方向平行于a轴的线偏振光,谱线2 728 nm有时是偏振方向平行于c轴的线偏振光,有时又是偏振椭圆长轴平行于YAP晶体a轴的部分偏振光外,谱线2 710和2 795,2 821,2 837和2 862 nm均为偏振方向平行于c轴的线偏振光;在LD端面泵浦条件下,得到2 710,2 728,2 750和2 795 nm四条谱线的激光输出,其中谱线2 750 nm首次在Er∶YAP晶体中实现激光输出,这四条谱线均为偏振方向平行于晶体c轴的线偏振光;此外,首次测量了该晶体在8 K低温下的吸收光谱,利用Gauss函数对光谱进行分峰拟合,根据拟合结果对激光上下能级各斯塔克子能级进行了能级指认,并结合Er∶YAP晶体激光光谱、荧光光谱对可能的谱线跃迁进行了辨认。Er∶YAP晶体偏振特性和多波长讥光运转特性的研究以及对后续Er∶YAP晶体调Q等技术的实现和电光调Q晶体的选择具有一定的指导意义。     

一种斜入射F-P型薄膜滤光片消偏振设计方法

薄膜滤光片在斜入射使用时,s偏振光和p偏振光的特性会产生分离:两偏振光的中心波长不一致,且s偏振光的通带宽度要小于p偏振光.而采用多种材料且满足特定条件的膜系结构,可使角度入射滤光片两偏振方向的特性趋于一致.通过理论分析,建立了两偏振光反射率的表达式,由表达式可看出非偏振的条件.通过计算,求出相应材料折射率值,从而设计出消偏振的膜系.对一个三腔129层实例膜系进行了计算求解、仿真分析及误差分析.最后的结果验证表明此方法是可行的.     

法拉第调制技术在微小旋转角检测中的应用

在外磁场中的碱金属原子蒸汽在光泵浦的作用下变成非线性介质,线偏振光经过这种介质时会变成椭圆偏振光,且椭偏光的主轴相对于入射偏振光的偏振面会产生一个微小的旋转。分析了碱金属原子能级结构和在光泵浦下产生的二向色性及其对探测偏振激光的偏振面旋转情况,并介绍了法拉第调制技术对这种旋转的测量方法,得到探测光强与旋转角的关系表达式,可以实现10^-7 rad量级的小角度检测。