基于SOA全光偏振调制的双信道光传输系统的仿真与分析

仿真并分析了基于半导体光放大器全光偏振调制的双信道光传输系统模型.该系统分别利用两级半导体光放大器的交叉偏振调制效应(XPolM),将两路独立的强度调制的抽运光变换到一路探测光的两个正交的偏振态上,实现双通道偏振复用的全光数据传输.首先对单个半导体光放大器的动力学过程进行了理论分析,数值计算了具有不同抽运光功率的半导体光放大器对探测光偏振态的影响,进而对双半导体光放大器偏振复用系统的调制/解调原理进行了分析,模拟仿真了双半导体光放大器的双通路偏振复用的调制及解调过程,仿真结果与实验结果相符.     

基于Sagnac原理的单轴分布式光纤传感系统偏振态分析

针对Sagnac干涉型单轴分布式光纤传感器中使用单模光纤作为传感器件时,由于传输光偏振态在双折射影响下所带来的干涉信号“偏振诱导衰落”问题,运用琼斯矩阵分析法,建立了该型传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型;仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响;提出了使用法拉第旋转镜提高系统抗偏振能力的改进方法.仿真结果表明,该方法能很好地消除光纤线性双折射和圆双折射.     

基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声特性研究

偏振诱导信号衰落现象的抑制是干涉型光纤传感系统的关键技术之一. 针对法拉第旋镜(FRM)法抑制偏振诱导信号衰落技术的残留偏振相位噪声问题进行了深入的理论和实验研究. 运用琼斯矩阵法建立了基于法拉第旋镜的干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的理论模型; 分析了影响系统偏振相位噪声的主要原因: 法拉第旋镜的旋光角度偏差、入射光偏振态调制度、干涉仪两臂光纤双折射; 提出了相应的抑制偏振相位噪声的方法. 详细仿真分析了入射光偏振态调制度对干涉型光纤传感系统偏振相位噪声的影响, 仿真分析得出若法拉第旋镜旋光角度偏差为最大工艺制造误差1°, 当入射光偏振态调制度为1.84 rad时, 系统可能出现的最大偏振相位噪声为0.0815 rad. 最后, 搭建了基于M-Z型偏振态调制器的偏振相位噪声测试系统, 测试了在传输光纤受到外界偏振扰动的情况下, 干涉传感系统存在的偏振相位噪声, 实验测试结果与理论分析结果基本一致, 有力地证明了该偏振相位噪声理论分析模型的正确性.     

基于Sagnac/双Mach-Zehnder原理的分布式光纤传感系统的偏振态分析

运用琼斯矩阵分析法,建立了该分布式传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型.仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响,并提出了利用偏振控制器对输入偏振态进行控制,从而改善干涉信号输出的方法.     

自制教具演示光的偏振方向

在传统教学演示实验中,使用起偏器和检偏器演示光的偏振现象只能获得2个偏振片的相对偏振方向.当偏振方向平行时,透射光的强度最大;偏振方向垂直时,透射光的强度最小.借鉴矢量偏振光的性质,自制了径向偏振片代替起偏器,根据透射光的强度分布可以直接观察到光的偏振方向.     

光偏振片和波片的综合设计实验

为加深学生对光偏振态的理解,提出了利用偏振分光镜、二分之一波片和偏振片等光学偏振元件,进行综合实验的设计方案。利用偏振分光镜,分离出p光和s光;旋转二分之一波片或偏振片,入射光的振动方向发生变化,p光和s光光强随之改变。此实验能加深学生对光偏振知识的理解,提高学生运用光学原理和光学器件解决实际问题的能力。     

双光束干涉中偏振态分布的演示实验

光的干涉现象是波动过程的基本特征之一,是波动光学研究的主要内容.相干条件说明光波的偏振态对光的干涉效应有影响.为了让学生更好地理解光的干涉过程中偏振态的影响,本文设计了一种全息记录光路,利用一种对激发光偏振态敏感的偶氮染料样品,演示了样品经过不同偏振的两束特定波长写入激光作用后,可以观察到写入光和探测光的衍射现象.这些衍射现象说明样品中可以形成的不同类型的折射率光栅,而这些折射率光栅来源于样品表面不同偏振态的周期分布导致的染料分子的周期取向分布,从而形象地说明了光的干涉过程中相位差的重要性,有助于学生对光的干涉的深入理解.     

基于SOA全光偏振调制的双信道PolSK光传输系统

提出一个新颖的采用两个级联半导体光放大器(SOA)作为独立全光偏振调制器实现双信道偏振态位移键控(PolSK)光传输系统方案,并进行了实验验证.从发射机端输出的PolSK光信号具有四个偏振态,构成了两个独立的二进制数据信道.各信道数据可以采用不同的码制,码率以及不同的时钟信号.该系统方案,提高了通信系统的比特-符号比以及频谱利用率;又由于PolSK光信号功率恒定,减小了光纤链路中非线性效应对光信号的影响提高了通信系统长距离数据传输能力;在接收机端实现了光信号的直接偏振检测,简化了接收机的设计和成本;又由于采用了稳偏接收模块使接收系统能够实现稳定信号接收.构成了基于本方案的实验系统,进行了一系列基础实验和性能测试.分别进行了50 km,80 km以及100 km长距离光纤数据传输实验,实验结果表明所提出的系统方案是有效的.     

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.     

腔内相位调制全光纤脉冲激光器Ⅱ: 理论

针对低频腔内直接相位调制时全光纤激光器的脉冲现象,提出了合理的理论解释。基于光纤激光器自脉冲和固体激光器空间耦合的理论,对脉冲光产生的机理进行了分析,解释脉冲光产生的物理机制。假定光纤激光器中存在两个正交的偏振态,且两个偏振态以固体激光器空间耦合的模型耦合; 在相位调制作用下,两个耦合的偏振态之间相位差变化,导致两个偏振态的耦合特性发生变化,从而产生脉冲光输出。建立相应的数学模型,进行定性的理论分析。数值模拟表明,理论分析与实验结果符合得很好。     

互易性光学量对FMOCT输出光偏振态的联合影响

提出了用于大电流测量的法拉第镜式光学电流互感器方案.采用琼斯矩阵分析了互易性光学量联合作用对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响,做了计算机仿真验证；利用椭率概念定量分析了输出偏振光的椭圆退化问题,计算了输出光椭率与互易性光学量的关系；在输出光的椭圆退化问题上与单层保偏膜式光学电流互感器方案进行了对比.结果表明,在互易性光学量联合作用的条件下,法拉第镜式光学电流互感器的输出光仍保持线偏振状态,这将改善由温度引起的互易性光学量变化对系统工作稳定性的影响.     

星载多角度偏振成像仪非偏通道全视场偏振效应测量及误差分析

星载多角度偏振成像仪自身的光学系统有一定的偏振效应,会影响非偏通道的辐射测量精度.斜入射到光学元件上的光透射率是偏振敏感的,导致了光学系统的线偏振效应.为精确反演解析出观测目标光的辐射强度,需对成型仪器本身的偏振效应进行准确的测量、定标、校正.通过分析仪器原理和光路结构,详细推导出仪器非偏通道含线偏振效应的辐射测量模型,并根据实际镜头特点合理简化了模型.提出了基于不同偏振角的完全线偏光在仪器全视场内稀疏入射并最小二乘拟合响应值的方法,对非偏通道全视场线偏振效应进行测量和定标,同时对此方法的定标过程进行了仿真.另外,分析了仪器主要物理参数有偏差时对不同偏振态入射光的反演误差,如仪器单像元方位角、显式起偏效应、低频透过率.对仪器开展了实验室定标实验,得到了仪器主要物理参数范围及其拟合偏差量,进一步算出显式起偏效应参数偏差引起的辐射定标强度相对误差最大为0.4%,满足仪器辐射精度5%的要求并留足余量.该研究为仪器非偏通道全视场的高精度辐射测量、定标及后期数据处理提供了理论依据及实验指导.     

布里渊光时域分析传感器的消偏振衰落技术

在布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感器中,由于受激布里渊散射的偏振相关性的影响,激励光和探测光的偏振态随机变化引起的信号起伏严重影响布里渊散射光信号的稳定测量。通过建立与偏振态有关的激励光和探测光的耦合方程,推导出接收探测光光强关于激励光和探测光偏振态的理论公式,并由此提出偏振扩展接收技术。理论分析表明,偏振扩展接收技术可以有效地抑制偏振相关信号衰落。通过对耦合方程进行模拟,验证了理论分析的正确性和偏振扩展接收技术的可行性。最后给出了采用偏振扩展接收的布里渊光时域分析实验结果,与理论分析和模拟具有较好的一致性。     

基于超材料的中波红外宽带偏振转换研究

基于硅纳米块阵列和亚波长金属光栅,硅纳米块长轴与金属光栅夹角为45°,本文设计了一种高效、宽带偏振转换结构.模拟计算表明该结构实现了线偏振光90°旋转,在3.4—4.5μm波段偏振转换率大于60%,在3—5μm光谱范围内的转换对比率大于10~4.由于该结构光学性能优异,制备难度低,可以应用于光传输控制.     

Modeling and simulation of polarization errors in Sagnac fiber optic current sensor

Sagnac fiber optic current sensor (S-FOCS) is a kind of optical interferometer based on Sagnac structure, optical polarization states of sensing light wave in Sagnac fiber optic current sensor are limited. However, several factors induce optical polarization error, and non-ideal polarized light waves cause the interference signal crosstalk in sensor, including polarizer, quarter-wave retarder, splice angular, birefringence and so on. With these errors, linearly polarized light wave in PM fiber and circularly polarized light wave in sensing fiber become elliptically polarized light wave, then, nonreciprocal phase shift induced by magnetic field of the current is interrupted by wrong polarization state. To clarify characteristics of optical polarization error in fiber optic current sensor, we analyze the evolution process of random optical polarization state, linear optical polarization state and circular optical polarization state in Sagnac fiber optic current sensor by using Poincare sphere, then, build optical polarization error models by using Jones matrix. Based on models of polarization state in Sagnac fiber optic current sensor, we investigate the influence of several main error factors on optical polarization error characteristics theoretically, including extinction ratio in polarizer, phase delay in quarter-wave retarder, splice angular between quarter-wave retarder and polarization maintaining fiber. Finally, we simulate and quantify nonreciprocal phase shift to be detected in fiber optic current sensor related with optical polarization errors. In the end, we demonstrate S-FOCS in test. The results show that transfer matrix errors are induced by inaccurate polarization properties during polarization state conversion, then, the stability and accuracy of the S-FOCS are affected, and it is important to control the polarization properties at each step of the polarization state conversion precisely.     

双折射光纤受激拉曼散射偏光特性的实验研究

对椭圆芯光纤受激拉曼散射偏光特性进行了系统的实验研究。实验巾观察到8级斯托克斯线和2级反斯托克斯线,对不同偏振态的抽运光激励下各级斯托克斯线的偏振特性、拉曼频移等参量进行了分析,并给出了经验公式。其结果与实验数据符合良好。实验表明,双折射光纤受激拉曼谱的各级斯托克斯线的偏振状态不但与拉曼介质有关还与抽运光的偏振态有关,入射抽运光偏振态对低阶次的斯托克斯线拉曼频移的影响较小,而对高级斯托克斯线拉曼频移影响较大。     

Optical polarization response at gold nanosheet edges probed by scanning near-field optical microscopy

Optical properties of metallic edge-like structures known as knife-edges are a topic of interest and possess potential applications in enhanced Raman scattering, optical trapping, etc. In this work, we investigate the near-field optical polarization response at the edge of a triangular gold nanosheet, which is synthesized by a wet chemical method. A homemade scanning near-field optical microscope(SNOM) in collection mode is adopted, which is able to accurately locate its probe at the edge during experiments. An uncoated straight fiber probe is used in the SNOM, because it still preserves the property of light polarization though it has the depolarization to some extent. By comparing near-field intensities at the edge and glass substrate, detected in different polarization directions of incident light, the edge-induced depolarization is found,which is supported by the finite differential time domain(FDTD) simulated results. The depolarized phenomenon in the near-field is similar to that in the far-field.     

光学实验的计算机仿真

基于计算机仿真技术,以光学干涉实验和滤波实验为研究对象,应用Matlab软件数值模拟了杨氏双缝干涉实验和多光束干涉实验干涉图形和光强分布图,数值模拟了光学滤波实验字母滤波后的频谱图和字母成像图,结果表明,计算机仿真结果能够清晰的表达出实验和理论的效果。研究结果为光学实验的课堂教学提供了参考。     

Mueller matrix analysis for all optical fiber co-existence of birefringence-polarization dependent gain-mode coupling at a single wavelength

Birefringence (polarization-related phase-shift), polarization dependent gain (PDG) and mode coupling are three factors that may synchronously influence the transmission of single-wavelength polarized light in optical fibers. This paper obtains a new Mueller matrix analysis, which can be used under conditions that all these three factors are existing and changing. According to our transmission model, the state of polarization (SOP) changes along an optical microstructure fiber with co-existence of birefringence-PDG-mode coupling were simulated. The simulated results, which show the phenomena of SOP constringency, are in good agreement with previous theoretical analyses.     

光学极化度测量仪的研制及弱光Stokes参数的测量

极化电子束在物理学及其相关领域应用十分广泛,要深入研究这些应用必须对电子束的极化度进行精确测量,通常测量电子束极化度的仪器有两种：Mott极化度测量仪和光学极化度测量仪。因光学极化度测量仪与Mott极化度测量仪相比有许多优点而倍受关注。文章首先阐述了光学极化度测量仪的理论基础和实验原理,然后介绍了所研制光学极化度测量仪的设计方案和物理结构,最后给出了用该光学极化度测量仪测量弱光的Stokes参数的结果。