偏振控制器完成任意偏振态变化的最小自由度研究

偏振控制器(PC)是处理光纤中信号偏振态(SOP)的重要器件,它是偏振模色散(PMD)自适应补偿器的重要组成部分.以两种类型的商用偏振控制器为例,理论和实验证明了转变任意输入态到庞加莱(Poincaré)球上其他任何状态至少需要调整三个自由度而不是两个自由度.因此至少需要控制每一阶段的PMD补偿器中偏振控制器上的三个自由度而不是两个白由度,才能够实现完全的PMD补偿.     

偏振模色散补偿中的偏振主态与分束器主轴的对准

光纤通信系统的比特率超过10Gb/s或更高时,偏振模色散引起的脉冲信号展宽成为主要障碍.分离光纤线路中的两个偏振模式对于提高偏振模色散补偿的精度和速度有重要意义.讨论了光纤线路中两偏振主态与补偿器中偏振分束器主轴的对准问题,给出了偏振分束器任何一个主轴上光强的表示并推导出相应的电功率信号表示式,建立了电功率与光信号两个模式之间的延迟时间以及偏振主态与分束器主轴相对角度的变化关系.初步实验表明,可以通过偏振控制器或可转动的光纤连接器实现偏振主态与偏振分束器的对准.     

两偏振态测量偏振相关损耗

基于具有偏振相关损耗和双折射的密勒矩阵洛伦兹变化特性,提出了一种测量偏振相关损耗的新方法.证实了测量偏振相关损耗取决于密勒矩阵的第一列元素.提出了一种实用的测量方法.新方法对于偏振相关损耗的测量只需要两个输入偏振态,因此具有测量速度快和测量误差小的优点,实验的测量结果证实了该方法的可靠性.     

光子的态矢量函数

从广义Schr?dinger方程出发，在三个充分必要的量子化条件规范下，得到了一个新颖的光子一维态矢量函数，除了光子的能量和动量特征以外，它还包含有光子的角动量属性，完整地描述了光子作为量子力学中相对论自由粒子的行为.对一维光子态矢量函数的分析不仅定义了描述光子行为的微观参量——概率幅和相位，而且将这些微观参量与光束的宏观偏振联系了起来，具体剖析了一个人们一直感到困惑的偏振问题，得到了圆满的解释. 关键词： 光子态矢量函数 概率幅 相位 偏振     

偏振态的高速实时测量方法的研究

偏振态的测量在光通信领域有着重要的作用,因此越来越受到人们的关注。在分析现有方案的基础上,推导出了新的斯托克斯计算公式,以此公式为依据提出了一种能对高速变化的偏振态进行实时测量的新方案,并对可能产生的误差因素进行了分析。给出了制作实用化测量模块所要达到的器件要求和制作工艺。     

模拟退火算法在无端偏振控制器中的应用

构造了由四个相移范围在0~2π的电光晶体波片组成的偏振控制器,利用模拟退火法作为其反馈控制算法.仿真计算表明,该偏振控制器是无端的,在较优的控制参量下,其输出的偏振态是稳定的,光强波动小于1%.对于四波片偏振控制器,模拟退火算法的控制参量研究表明,为得到较佳的控制效果,可把内外循环次数各限制为3次,以减少处理器时间;其初温T0应取在0.1附近;温度更改常数p宜取在0.2左右;状态产生常数s对输出的稳定性影响最大,仿真说明设在 0.005~0.01间为好.     

线双折射传感光栅中的传输光偏振态分析

 深入研究了线双折射光栅中透射光偏振特性的演变过程。采用耦合模理论和琼斯矩阵分析了传输距离、双折射大小、入射起偏态等因素对透射光偏振特性的影响,并利用邦加球中描绘了偏振态的演变趋势。结果表明：光栅中的线双折射和传输距离会改变传输光的偏振态,偏振态的波长相关曲线会随传输距离和线双折射的增大而不断扩展,入射起偏态的不同并不改变偏振态的拓展趋势。同时,第一斯托克斯参量与偏振相关损耗在峰值波长点上存在对应关系,两者幅值均与线双折射呈单调递增关系,可应用于传感测量。     

干涉型光纤传感器阵列的偏振态反馈叠加控制

提出了在干涉光纤传感器阵列中将各传感器的最佳输入偏振态反馈控制信号叠加用于阵列最佳输入偏振态控制的方案，并对阵列各单元最佳输入偏振态的较差分布时的控制效果进行了理论分析，对达到这一较差分布的概率也进行了计算，分析表明，该方案简单易行，经过信号处理能使各个光纤传感器在降低信噪比的情况下吏可见度均达最大值１，从而消除了阵列中各单元的偏振态衰落。     

偏振态对激光相干合成的影响

为了研究光束相干合成中偏振态的特性,取理想矩形光束进行模拟分析。通过改变偏振态的退偏率、偏振态夹角、参与合成的子束数目等,观察光场在远场叠加的合成效果。讨论了这些因素对远场合成效果的光强分布、峰值功率密度、光束质量因子等的影响。模拟结果显示:当退偏率小于10%、偏振态夹角小于18时,合成后光束质量因子小于1.1。     

星载多角度偏振成像仪偏振辐射测量的理论误差分析

星载多角度偏振成像仪可以获取目标的多角度偏振辐射信息,探测精度是重要的技术指标。为研究仪器的测量精度及相关的误差因素,以Stokes-Mueller为数学描述方法,分析仪器的原理和光路结构特点,从理论上推导了仪器的偏振辐射测量模型,并通过实验初步验证了镜头Mueller模型的正确性。在考虑目标光各种偏振态的情况下,分析了非理想光学器件重要参数对目标光偏振度测量结果的影响,得到了偏振度测量误差与通道相对透射率、空间高频相对透射率/响应率、线偏振片振透轴方位角、镜头线性双向衰减这四种参数偏差之间的关系。按照仪器探测精度要求,结合各参数偏差对应误差最敏感的目标光偏振态,从理论上提出了各重要参数的误差容限。该研究为整个仪器的研制、定标及后期数据处理提供了理论依据。     

高消光比多偏振态光源系统设计

在现代工程测量中,由于工程的各项技术指标要求越来越高,相应地对光源也提出了更高的要求。依据晶体双折射和晶体相位延迟对光偏振态的影响以及光的折射角与光振动方向有关的原理,设计了高消光比多偏振态光源系统,并设计测试方案对该系统实现的偏振态和消光比进行了验证。该光源系统通过计算机精密控制电机旋转设计的转盘结构很方便快捷地实现了S偏振态、P偏振态和圆偏振光的输出,并且系统中设计了平移和旋转装置自动控制偏振棱镜,获得了高消光比的偏振光,出射光消光比小于等于510-6。     

干涉型光纤传感器输入偏振态反馈控制的理论分析

对光纤干涉仪输入偏振态的反馈控制机理进行了新的理论分析和研究，得出了反馈控制系统的反馈信号，分析了光纤偏振控制器电压初值要求和该反馈控制系统可能存在的稳定点，并建立了反馈控制模型，分析结果与文献中的实验现象一致。     

光纤中光的偏振态的几种表示方法

阐述了光纤中影响光的偏振态的几个因素。用椭圆表示法和邦加（Poincare)球图形表示法对光的任意偏振态进行了描述，并用平面的史密斯圆图来等效邦加球。编制了QUICK BASIC计算机程序，绘制了史密斯圆图的等α线、等δ线和等β线，程序能快速显示任意偏振态的椭圆表示和史密斯圆图表示，讨论了史密斯圆图的特性和应用。     

用实际偏振片检测光的偏振态

分析了实际偏振片对各种偏振态入射光光强向应,导出了对入射光的偏振态进行检测和鉴别的公式和判据。     

宽谱热光偏振态的统计描述

本文从宽谱热光光振动在垂直于光波传播方向的平面内的两个正交分量联合统计性质出发,导出偏振度概念,给出该两个正交分量在各种偏振态下的联合概率密度函数,从而全面描述了宽谱热光的偏振现象。 关键词：     

光纤中偏振稳定控制的实验研究

研制了一种偏振稳定系统,可以使偏振态(SOP)保持稳定输出,而且可以是任意需要的偏振态.实验中扰偏器以不同变化频率、各种相位幅度的信号变化,稳定器对其进行偏振稳定实验.对于相位幅度为π/2的扰偏信号,进行稳定的变化频率可达8 kHz.稳定耗时分析表明,有71%的时间耗在偏振控制器的响应时间上,而稳定算法及数据处理仅占总耗时的8%.     

基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

提出了一种在数字全息记录系统中利用偏振和角分复用技术对光场进行偏振态检测的方法. 将全息系统中的一束参考光分为偏振方向相互正交、初相位相同的两束光, 并分别与物光相同偏振方向的两个分量干涉, 形成两幅子全息图, 同时记录在一帧画面中. 为了分开记录到的物光两个分量, 系统中利用了角分复用技术, 即在两束参考光中引入不同载频, 使物光两分量的频谱位于全息图频谱面的不同区域. 通过滤波、逆傅里叶变换和衍射计算, 获取距离全息图不同位置处物光两正交分量复振幅信息. 利用复振幅信息, 可以构建被测物光的斯托克斯参量和琼斯矢量, 从而表征物光的偏振态. 实验中, 通过对一束椭圆偏振光进行偏振态测量以及对该光束在不同空间位置处的偏振态进行表征, 表明该方法可以实现光束偏振态全场测试, 并且具有较高的可靠性. 关键词： 数字全息 偏振态 琼斯矢量 斯托克斯参量     

布儒斯特角切割LiNbO3晶体的偏振态分析

基于琼斯矩阵和菲涅耳公式,建立了偏振光透过LiNbO3晶体的分析模型,研究了入射光偏振态、晶压等参数对输出光偏振态和p偏振态、s偏振态透射率的影响规律。搭建了分别含单块LiNbO3晶体、LiNbO3晶体和薄片、两块串联LiNbO3晶体的Ho,Tm,Cr:YAG激光电光调Q实验装置,并测得了输出激光的偏振态、输出能量等随晶压的变化关系曲线。     

基于液晶可变相位延迟器的两片式线偏振态转换器研究

利用Jones矩阵法,理论上分析了方位角分别为0°和-45°的2个可变相位延迟器组成的偏振转换器可实现任意偏振态到水平线偏振态的转换,并推导出可变相位延迟器延迟量的表达式。利用自主研制的液晶相位可变延迟器的相位延迟,在1 V～2.7 V范围,根据驱动电压连续线性可调的特性,设计了两片液晶可变相位延迟器组成的偏振态转换器,实现了随机偏振态(Stokes参数为(-0.567,0.752,0.36))到水平偏振态(Stokes参数为(1,0,0))的可控调制,实验结果验证了理论分析结果。该偏振态转换器还可以实现其他任意偏振态到水平偏振态的调制。     

可变波片构造等效线性可转波片的研究

利用四元数理论分析了可变延迟波片,并依此由可变延迟波片组合构造了等效可转线性半波片和四分之一波片.提出由可变延迟波片按可转波片控制算法设计偏振控制器,以避免可变延迟波片偏振控制器所需的复位重置过程.仿真结果显示,按此构想得到的四波片控制器,能把任意偏振态转换为固定线偏振输出,其光强波动小于1%,相移范围不超过2π,控制过程不需要附加复位操作,其相移变化平缓.