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%.     

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。     

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。     

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。     

不同偏振态光镊三维光阱刚度的比较研究

为了研究激光偏振态对光阱刚度的影响,本文比较了四种不同偏振态光场(方位角偏振光、径向偏振光、线偏振光、圆偏振光)捕获不同尺寸SiO_2微粒的三维光阱刚度.研究结果表明:当SiO_2微粒的尺寸和激光波长相近时,圆偏振光和线偏振光的三维光阱刚度大于径向偏振光和方位角偏振光的三维光阱刚度;而随着SiO_2微粒尺寸的增加,方位角偏振光和径向偏振光的三维光阱刚度大于圆偏振光和线偏振光的三维光阱刚度.此外,实验也表明:使用浸油物镜捕获微粒时,物镜匹配油的折射率和水的折射率不一致引起的球差,会降低系统对物镜数值孔径的利用.通过这些研究工作,可以为不同偏振态光场的测力研究提供一定的指导和参考.     

利用变偏振光谱技术实现显微成像深度选择

在正交偏振光谱(OPS)微循环成像系统的基础上,提出了通过改变信号光的偏振态来实现成像深度的选择。传统的OPS系统利用的是正交线偏振光,只能获得图像在某一断层的二维信息,但作者通过控制系统起、检偏单元椭圆偏振光的椭圆度,可以在不进行机械扫描的情况下将成像光束聚焦在不同的断层,从而获得不同深度处的组织信息。构建的变偏振光谱成像系统将光源发射光谱与红血球吸收光谱相匹配,可以实现微血管的探测,且具有较高的信噪比。对一块含标记物的猪肉脂肪进行实验,并通过图像处理得到了对比度与信号光偏振态间的定量关系。实验结果表明：椭圆度由0°～45°增大,即从线偏振光向圆偏振光转变的过程中,对比度逐渐增大,可探测到的最大深度增大。最后利用该系统,对裸鼠耳廓微血管进行了变偏振光谱测量实验,实验证明了控制偏振态可以实现对血管不同深度的探测,为微血管断层光谱成像提供了一种新的研究手段。     

偏振敏感材料中具有圆各向异性的偏振全息光栅

在向列相液晶中掺杂质量分数约0.2%的偶氮侧链型聚合物制成偏振敏感材料,使用正交圆偏振光记录了具有圆各向异性的一维偏振全息光栅,用线偏振光探测偏振全息光栅,得到正,负一级衍射光也为线偏振光,且偏振态与探测光和零级偏振态相互正交,可以运用琼斯矩阵理论加以解释.偏振全息光栅可由外加电场控制衍射级的变化,即在外加电场作用下,正、负一级衍射产生了90°的相位差.在频率6.05 Hz、电压2.2 V的外场作用下,衍射级的极值振荡变化.     

基于矩阵理论的螺旋液晶透射光偏振态研究

将螺旋型液品看作是N层双折射材料晶片叠合而成,而每层光轴相对于相邻的晶片有一个小的旋转.本文基于矩阵理论,研究了光在螺旋液晶中传输时偏振态的变化.经过详细的数学推导,理论研究表明.线性偏振光经过螺旋液晶后偏振态会发生改变.当满足一定的条件时,线偏振光的偏振方向旋转90°,左旋圆偏振光经过左旋螺旋液晶后转变为右旋圆偏振光.     

线偏振光波在闪锌矿半导体中的非线性传输特性

闪锌矿半导体的三阶光学非线性具有本征各向异性和二色性,线偏振光波在传输过程中偏振态和偏振方向都将发生变化.本文建立了线偏振光波在闪锌矿半导体中的非线性传输方程,并用传输方程分析了光波偏振态的变化规律.     

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。     

Polarization characteristics of backscattering of turbid media based on Mueller matrix

Mueller matrix is one approach to characterizing optical polarization of the turbid media. We have simulated the two-dimensional images of Mueller matrix based on single-scattering approximation model and implemented experiments to verify the simulations. By comparing the experimental results to the theoretical simulations, we have obtained some conclusions. When the particle size is smaller than the wavelength, the linearly polarized light propagating through the turbid media of Rayleigh scatterers has better polarization-maintaining ability. Whereas when the particle size is larger than the wavelength, the circularly polarized light propagating through the turbid media of Mie scatterers has better polarization-maintaining ability. Moreover, the radial dependence of the element patterns becomes weak as the transport mean free path decreases. This study can help us understand to the fundamental principle of optical polarization.     

生物组织多光谱偏振特性研究

生物组织内部结构复杂且具有较强的散射特性,而光作为生物组织检测的重要信息载体,其自身特性包括颜色、幅值、偏振等都对信息获取有较大的影响.结合偏振成像,对生物组织多光谱偏振特性展开了研究,依据不同微粒尺寸的分布建立了均匀单层生物组织模型,结合瑞利和米氏散射理论模拟了基于单个微粒的两种散射事件.瑞利散射具有较好的前向后向散...     

光源的偏振态对动态光散射颗粒测量结果的影响

研究了在动态光散射纳米颗粒测量中,光源的偏振态对测量结果的影响。采用了粒径为100nm、体积浓度为0.5%的标准颗粒作为样品,使He-Ne激光通过起偏器得到0°～180°方向的偏振光,测量了散射光强、偏振度和粒径测量值的变化,计算了相应的粒径均值偏差和标准差,并将这一结果与无偏振He-Ne激光入射进行了比较。结果表明,当入射光为线偏振光时,偏振方向垂直于散射面时测量效果最好;另一方面,由于颗粒系散射迭加造成的散射光偏振度降低,使线偏振光源与无偏振光源产生的散射光偏振度无明显差别,证明在测量中可以使用无偏振He-Ne激光代替。     

不同波长的散射介质后向散射光偏振度特性

基于Stockes矢量,通过测量以线偏振光和圆偏振光入射时脂肪乳剂后向散射光的偏振度,研究了532nm、650nm和780nm三个波长的光与散射粒子粒径为325nm的脂肪乳剂溶液作用后,其后向散射光的偏振度特性.研究结果表明,对于入射线偏振光,780nm波长后向散射光中的线偏振光成分多于圆偏振光成分,而532nm波长则相反;对于入射圆偏振光,三个波长后向散射光中的圆偏振光成分均多于线偏振光成分;532nm波长的总偏振度高于650nm和780nm两个波长各自的总偏振度;线偏振光的保偏性优于圆偏振光的保偏性,但偏振光在散射介质中的穿透深度较小.因此,后向散射成像技术适用于物体表层成像,而且选择波长略大于粒径的线偏振光可以提高成像质量.     

Controlled rotation and orientation of rubrene particles and Escherichia coli using optical tweezers

Optical trapping and rotating of suspended micro-sized rubrene particles were performed using optical tweezers with circularly polarized light. The experimental results show that the rotation speed of the rubrene particles is proportional to the laser power, and the orientation of the rubrene particles can be controlled by the optical tweezers with linearly polarized light. Interestingly, by combining with the rubrene particle, the Escherichia coli (E. coli) can be rotated and oriented by optical tweezers. However, the rotating and orientating are mainly determined by the characteristics of rubrene particles. Our experiment provides a simple and convenient way to orient biological particles even if they are not sensitive to the polarization of the laser beam. Moreover, the rubrene can emit strong fluorescence when excited by the laser at the wavelength of 532 nm, and which can be potential applied to manipulate other particles with the fluorescence characteristics.     

不同波长的散射介质后向散射光偏振度特性

基于Stockes矢量,通过测量以线偏振光和圆偏振光入射时脂肪乳剂后向散射光的偏振度,研究了532 nm、650 nm和780 nm三个波长的光与散射粒子粒径为325 nm的脂肪乳剂溶液作用后,其后向散射光的偏振度特性.研究结果表明,对于入射线偏振光,780 nm波长后向散射光中的线偏振光成分多于圆偏振光成分,而532 nm波长则相反;对于入射圆偏振光,三个波长后向散射光中的圆偏振光成分均多于线偏振光成分;532 nm波长的总偏振度高于650 nm和780 nm两个波长各自的总偏振度;线偏振光的保偏性优于圆偏振光的保偏性,但偏振光在散射介质中的穿透深度较小.因此,后向散射成像技术适用于物体表层成像,而且选择波长略大于粒径的线偏振光可以提高成像质量.     

混浊介质中线偏振光和圆偏振光的后向漫散射特征

以标准的组织模型Intralipid脂肪乳溶液为研究对象,采用CCD偏振成像系统,通过测量该混浊介质的后向漫散射光的斯托克斯矢量,深入研究了不同方位的线偏振光及不同旋向的圆偏振光入射时,后向漫散射光的特征.研究结果表明：对不同的入射偏振态,后向漫散射强度、偏振度的空间分布具有方位选择性,强度和偏振度的大小随距离入射点的距离增加而减小;介质浓度增加,后向散射强度增加,偏振度减小,且同一浓度下,圆偏振光的偏振度总是高于线偏振光.     

Polarization conversions of diffractive wave plates based on orthogonal circular-polarization holography

A polarization holographic grating, which integrates the functions of a grating and a wave plate and is called a diffractive wave plate, is recorded by two beams(left and right circularly polarized) of a 532 nm laser in an azo polymer with a liquid-crystal structure. The polarization conversion characteristics of the diffractive wave plates are investigated with a detecting light of 650 nm by metering the polarization state of first-order diffracted light.It is confirmed that the diffractive wave plates convert the incident linear polarization into circular polarization for a linearly polarized probe laser and reverse the sense of rotation of the circular polarization when the detecting light is circularly polarized light.     

Time-resolved backscattering of circularly and linearly polarized light in a turbid medium

Time-resolved backscattering profiles of circularly and linearly polarized light were measured from a turbid medium composed of small and large polystyrene sphere particles in water. It is shown that, based on the measurements of the time-resolved backscattered copolarized and cross-polarized components of the incident polarized light, either linearly or circularly polarized light can be used to effectively image an object that is deep inside a turbid medium composed of small particles, depending on the depolarization properties of the object itself. For large particles such as in tissue, fog, and clouds, the experimentally observed polarization memory effect on the backscattering temporal profiles suggests that a significant improvement in the image contrast can be achieved by use of circularly polarized light.