海面的激光散射特性

 基于随机面元模型，建立了海面对激光散射的理论模型，详细分析了海面散射的退偏振特性。理论分析表明：除后向外其它方向的散射光都存在部分退偏振现象；但是浮于海面上或悬浮于海面的物体表面对激光散射所具有的退偏振特性明显不同于海面散射的退偏振特性。因此可以根据这些差异来遥感海面的漂浮或悬浮物体，该结论已经被实验证实。     

偏振-米散射激光雷达对卷云的探测

 研制了一台偏振-米散射激光雷达,用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振-米散射激光雷达的探测原理,叙述了偏振-米散射激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。给出了偏振-米散射激光雷达对合肥市西郊上空卷云的结构、退偏振比垂直廓线以及光学厚度的典型探测结果,对这些结果进行了分析和讨论。初步探测结果表明,合肥西郊上空高度在6～10 km的卷云的退偏振比在0.2～0.5之间,该激光雷达可以对卷云进行有效的探测,能较好地反映卷云及其光学特性的时空分布。     

偏振-米散射激光雷达的研制

研制的偏振-米散射激光雷达（PML）,可用于探测卷云和沙尘气溶胶的后向散射光退偏振比以及研究流层大气气溶胶的消光特性。采用窄带滤光片和光阑,将接收到的激光大气回波信号谱线（米散射和瑞利散射光谱）从天空太阳背景噪声中分离出来,以提高系统的白天探测能力。介绍了偏振-米散射激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。对偏振-米散射激光雷达的性能参数进行了测定,并对测定结果进行了分析与讨论,给出了偏振-米散射激光雷达对合肥市地区(117.16°E, 31.90°N)上空大气气溶胶的消光特性和卷云的结构、退偏振比垂直廓线以及光学厚度的典型探测结果,对这些结果进行了分析和讨论。结果表明：研制的偏振-米散射激光雷达性能可靠,能对大气气溶胶和卷云的物理和光学特性进行有效的探测。     

生物战剂气溶胶激光雷达遥测技术研究

基于激光诱导荧光（LIF）原理和弹性散射作用于非球形粒子上形成的偏振特性,设计并研制由3个激光波长、2个接收望远镜、退偏组件和荧光光谱仪等组成的生物战剂/气溶胶Mie散射、荧光和偏振激光雷达。退偏比的水平测量结果表明:1） 退偏比表现出较强的波长依赖性;2） 多波长退偏比测量可以显著提高生物战剂的鉴别能力。退偏比的垂直测量结果表明:气溶胶在边界层内总体上维持在较低的水平,在温湿压风等气象条件和光生化条件的作用下,对流层底层空变化明显,在部分云团处,退偏振比可达0.3;气溶胶的Mie散射时空分布表明,355 nm波长的测云能力在激光出射能量相当时较532 nm强。     

一个退偏振现象的演示

讲授光的偏振内容时,人们往往重视光的起偏部分,而忽视退偏振效应。我们知道,要产生退偏振效应,则要在偏振化的光波波前各部分产生无规则的相移,这就要利用对光各向异性的材料。下面介绍一种便于演示产生退偏振现象的材料及方法。杂乱无章排列的天然纤维是良好的退偏振物质,通常使用的纸张就属此,故可演示此效应。     

两种模拟水云对偏振激光雷达退偏振的蒙特卡罗方法研究

激光雷达探测水云时,多次散射会使雷达回波产生退偏振效应,云层对激光的退偏振比与云层微物理特性信息含有特定的关系,利用这种关系可以反演云层的微物理特性,但是这种关系需要利用理论模拟进行研究和探索,理论模拟激光雷达退偏振效应的方法主要是蒙特卡罗方法。给出了两种不同思路的蒙特卡罗模拟方法:一是通过跟踪光子在每一次散射后,由光子方向矢量和Z轴构成的子午面来模拟,光子相对于子午面的偏振状态由斯托克斯参量表示;二是将光子的偏振状态用一个三元单位矢量组来表示,每次散射后,根据统计抽样得到的散射角和方位角对其进行旋转,从而跟踪光子偏振态的变化。给出了详细的模拟过程,并利用两种方法分别计算了水云的退偏振比,模拟结果显示这两种方法得出的结果完全一致。     

基于偏振激光辅助照明的ICCD探测技术研究

为了验证偏振激光辅助照明ICCD探测目标的可行性,I以偏振成像探测原理为基础,提出一套基于偏振激光辅助照明的ICCD探测系统。该系统采用808 nm人眼不可见偏振激光辅助照明,ICCD对后向散射激光进行检偏和光电信息转换,实现背景中目标的偏振成像探测。通过在野外环境中对该系统的探测能力进行实验测试,结果表明,在0、45和90检偏角下,人造金属涂漆目标对照射偏振激光退偏小于10%;绿色背景对照射偏振激光退偏度约50%;沙土地面退偏度约30%,人造金属涂漆目标相对于自然背景随检偏角增大图像对比度也越大。     

用于偏振云粒子探测系统的典型非球形粒子散射特性模拟

为进一步了解云物理过程,探测冰云及混合相云云粒子特性,提出了一种带有偏振通道的云粒子探测器模型,可以同时探测前向散射和后向散射一定立体角内的散射能量和退偏比。模拟了椭球,圆柱和球形粒子的相函数,不同角度的退偏比,总散射截面,发现球形粒子几乎不产生退偏,其退偏与椭球、圆柱粒子退偏有数个量级的差距,探测时可以直接以退偏分辨球形粒子。计算了在探测器前后两个接收立体角内非球形粒子的散射截面和退偏比均值,粒子退偏比和散射截面随粒子的横纵比变化比较连续,一定条件下可以分辨部分粒子的形状。粒子退偏比随粒子的等效半径变化波动,不利于探测时分辨粒子大小。在模拟的粒径范围内,粒子等效半径和散射截面大致成正相关,探测时可以以此分辨粒子大小。粒子散射模拟结果表明,该探测系统除可以进行球形粒子探测能力外,具有一定的非球形粒子探测能力。     

材料表面偏振双向反射分布函数模型修正

为表征物体表面偏振散射特性对目标偏振信息提取的影响,基于微面元散射模型结合KubelMunk理论,综合考虑镜面散射和漫散射,构建一种改进的偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型,得到物体表面散射光的偏振度与材料复折射率、方位角、探测角和入射波长等因素的数学模型,并利用该模型对基础材料的复折射率进行反演.结合实际应用利用FD-1665偏振成像仪在不同影响因子条件下对目标表面进行了一系列偏振探测实验.最后将数值模拟结果和实测数据进行比较,其材料偏振特性曲线与实测数据吻合,表明修正后的模型有较高的精确度,该模型可以为后续的偏振监测和目标识别工作提供理论支持.     

激光散射场理论及其应用

在薄层散射的基础上，研究了寻常散射和非常散射的差别，建立起了散射椭圆的模型。然后从薄层散射过渡到厚层散射，检测了激光在水中的散射场和退偏振度，并对前向散射和后向散射导出了简化的场强计算公式：公式中的常数一散射率成为评价激光散射场和退偏振的依据。本研究的结论直接对提高水中目标探测的信噪比有现实意义。     

高功率隔离器单模与多模工作退偏特性

以传统结构隔离器为模型,应用琼斯理论,比较分析了单模与多模激光入射时高功率隔离器热致退偏特性。研究结果表明:高功率隔离器热致退偏可分为线性双折射致退偏与圆双折射致退偏;两种退偏均与入射激光功率的平方成正比;在光功率一定的条件下,线性双折射致退偏不随光斑半径的变化而变化,圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小;在其它条件相同的条件下,多模光场能够有效地降低隔离器热致退偏,多模时线性双折射致退偏仅为单模时退偏的60%,圆双折射致退偏也比单模时要小,减小幅度随光斑半径的增加而增加。     

双次曝光积分效应实现杂质浓度分布均匀化

激光诱导扩散中,当入射激光光强为高斯分布甚至均匀分布时，微小扩散区的温度分布不均匀。由于扩散系数是温度的函数，必将导致扩散后杂质浓度分布的均匀性较差，无法制作出高性能的p-n结。提出采用多次激光诱导扩散的积分效应来实现杂质浓度分布的均匀化整形。对于InP衬底的CO2激光诱导Zn扩散,利用温度闭环测控系统测得的基片表面热斑温度场分布，分析计算了两次激光诱导扩散重叠区域的浓度分布积分效应。在此基础上模拟计算出，用双次曝光积分效应做杂质浓度分布的均匀化整形时，基片上两次激光照射位置的最佳间隔为20 μm。这为改进激光诱导扩散工艺，用多次曝光实现面均匀的杂质浓度分布奠定了理论基础。     

高功率法拉第隔离器多模退偏特性

理论分析了隔离器在高功率多模激光入射时的自退偏特性.结果表明:线性双折射致退偏与圆双折射致退偏均与入射光功率的平方成正比,线性双折射致退偏与光斑大小无关,而圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小.当光斑半径与旋转晶体半径相比很小时(R0/r0≥80)圆双折射引起的退偏大于线性双折射引起的退偏,当光斑半径接近旋转晶体半径(R0/r0≤3)时,与线性双折射引起的退偏相比,圆双折射引起的退偏可以忽略.对比单模激光入射,在同种条件下,多模入射使得线性双折射致退偏减小了0.4倍, 最小圆双折射致退偏减小为0.05倍.     

高功率法拉第隔离器多模退偏特性

理论分析了隔离器在高功率多模激光入射时的自退偏特性.结果表明：线性双折射致退偏与圆双折射致退偏均与入射光功率的平方成正比,线性双折射致退偏与光斑大小无关,而圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小.当光斑半径与旋转晶体半径相比很小时（R0/r0≥80）圆双折射引起的退偏大于线性双折射引起的退偏,当光斑半径接近旋转晶体半径（R0/r0≤3）时,与线性双折射引起的退偏相比,圆双折射引起的退偏可以忽略.对比单模激光入射,在同种条件下,多模入射使得线性双折射致退偏减小了0.4倍, 最小圆双折射致退偏减小为0.05倍.     

2 μm Cr,Tm,Ho:YAG激光热退偏效应的数值模拟及实验研究

理论分析了Cr,Tm,Ho:YAG激光晶体的热退偏效应, 模拟计算了该晶体棒端面退偏度的分布, 并进行了偏光干涉实验验证. 结果表明, 数值模拟和实验研究结果完全一致, 热致退偏效应随抽运能量增大而增强, 退偏度分布呈十字形, 最大退偏度发生在晶体棒端面上与起偏器偏振方向成45°方位处. 以此提出了高能量Cr,Tm,Ho:YAG激光器的热退偏补偿方法, 获得了激光脉冲能量提高24%以上的实验效果.     

Compensation of the thermally induced depolarization in a double-pass Nd:YAG rod amplifier with a stimulated Brillouin scattering phase conjugate mirror

Stimulated Brillouin scattering phase conjugate mirrors (SBS-PCMs) are extensively used to compensate the phase distortion of active media in a high-energy laser system with double-pass amplification. However, the depolarization loss from the thermally induced birefringence of the active medium by a photoelastic effect cannot be avoided despite the uses of phase conjugate mirrors. In this work, the depolarization loss in a double-pass Nd:YAG rod amplifier with a SBS-PCM has been studied with Jones matrix calculations. In addition, the depolarization ratios and the leak beam patterns are obtained experimentally and theoretically for four possible optical schemes. Both experiment and theoretical results show that depolarization is effectively compensated when a Faraday rotator is located after the amplifier.     

四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题

经理论计算，在四通道激光干涉仪中二元光学分束器的退偏问题通常不会影响仪器的测量精度，实验结果支持这个结论。用其取代传统的棱镜或平板玻璃来分束有着明显的优点。但当光栅周期小于波长量级和测量精度达纳米级时，对其退偏问题要给予充分的考虑。     

On neutron depolarization in magnetized media

The neutron depolarization in magnetized samples is considered as a result of scattering in the case of arbitrary orientations between the incident polariztion, the sample field and the direction of polarization analysis. It is shown that the depolarization is determined by the small-angle magnetic scattering within the angular beam width and by an additional contribution arising from the spin-dependent scattering outside the passing beam. The latter follows from the consideration of the interference between the scattered and the transmitted beams. Special attention is paid to the analysis of several measuring regimes for the depolarization and its dependence on neutron wavelength. The depolarization in multidomain ferromagnets is considered.     

离轴光线对电光晶体退偏的影响

 对离轴光线通过电光晶体时产生的退偏情况作了理论和实验研究。理论计算表明：当晶体厚度一定时，退偏损耗在一定范围内随离轴角度的增加而增加，随着入射光偏振方向偏离竖直方向的增大而增大。采用厚度为10mm的KDP晶体，实验测试了入射光偏振方向在竖直方向以及同竖直方向成45°时的退偏损耗。实验结果与理论计算的结果符合较好。