基于Stokes矢量的实时偏振差分水下成像研究

偏振差分水下成像能够有效地克服光散射效应造成的图像退化问题, 在水下物体探测与识别领域具有重要应用价值. 传统的偏振差分方法靠光学检偏器的无规则机械转动来实现对散射背景的共模抑制, 限制了其在水下成像过程中的实时探测性能. 本文通过分析偏振差分探测原理来建立偏振差分成像模型, 从理论上提出了基于Stokes矢量的计算偏振差分水下实时成像系统, 并进行了实验验证. 研究结果表明, 基于Stokes矢量的计算偏振差分成像不仅与传统的偏振差分方法具有相同的水下探测效果, 更重要的是可以实现快速成像过程. 该方法可以应用到目前的偏振成像仪器系统, 实现无需人-机互动的自动化实时偏振差分水下成像, 进一步提高水下物体探测与识别的效率.     

偏振稳定控制下的量子密钥分发

由于长距离单模光纤传输中存在的双折射效应会引起偏振随机抖动，光纤中利用偏振编码进行量子密钥分发一直难以实现.利用光子计数分析光纤中的偏振变化情况，并通过反馈控制的方式补偿偏振变化，从而实现了基于BB84协议的偏振编码长时间稳定的量子密钥分发实验，传输距离为100km. 关键词： 量子密钥分发 偏振反馈控制 单光子探测 偏振随机抖动     

一种高精度偏振遥感探测方式的精度分析

检偏器的角度误差是影响偏振遥感探测精度的重要因素之一,是许多高精度定量化偏振遥感需要考虑的一个问题。在检偏器(0°,60°,120°)放置的测量系统中,当入射光偏振角接近于0°或180°时偏振测量易产生最大误差值,而偏振角接近30°,90°和150°时,偏振度的测量具有很高的精度;在检偏器(0°,45°,90°)放置方式中,偏振角接近45°的光束测量易具有最大误差值,而偏振角接近于0°,90°和135°时,角度误差对偏振度测量精度的影响很小。除了个别偏振角外,对高偏振度入射光束的偏振测量通常具有较大的偏振测量误差。因此,引进线偏振光的平均偏振度测量精度描述偏振测量装置的优劣,结果表明检偏器(0°,60°,120°)放置方式优于检偏器(0°,45°,90°)放置方式。     

水下物体激光圆偏振成象实验及与线偏振成象的比较

采用波长532nm激光作光源,面阵CCD作探测器,利用圆偏振技术进行水下物体成象实验研究,对实验结果进行了分析并与线偏振成象技术进行了比较。结果表明无论是采用圆偏振技术还是线偏振技术都可提高水下物体成象的衬比（度）和成象距离;水体较清时圆偏振成象清晰度远远大于线偏振成象清晰度;当水体较混时,圆偏振成象清晰度大大下降和线偏振成象效果相接近。     

基于偏振模干涉的可变系数微波光子滤波器

基于偏振调制和光的干涉原理,设计了同时具有正系数和负系数特性的微波光子滤波器,并通过搭建实验模型证实了方案的可行性。利用偏振调制及光的偏振特性实现载波和一阶边带的正交偏振,并通过改变偏振调制器的偏置电压分别对载波和一阶边带引入相移。当载波和一阶边带的相位差为0或90时,利用保偏光纤快慢轴上两正交偏振光在同一偏振态上的干涉效应,分别对应实现具有负系数或正系数特性的微波光子滤波器。最后,测量并验证了0~15 GHz频率范围内滤波器的频率响应。     

基于互补型偏振控制板的多光束叠加特性研究

为满足惯性约束聚变对靶面光场辐照特性的要求,提出利用互补型偏振控制板改变光束内部偏振态,实现多光束消偏振叠加,进而改善聚焦光场均匀性的方案.建立了光束通过互补型偏振控制板进行变换的物理模型,理论分析了互补型偏振控制板影响聚焦光斑偏振特性的原因,比较了互补型偏振控制板与非互补型偏振控制板对聚焦光斑偏振特性及均匀性的影响,并进一步讨论了偏振控制板单元数的选取问题.结果表明:多光束通过互补型偏振控制板后,聚焦光场不再是单一偏振光,而是各类部分偏振光的随机混合;与其他类型双块偏振控制板相比,互补型偏振控制板能实现聚焦光斑的消偏振叠加且效果最佳,使光斑偏振度下降至0.2以下,并能有效地改善光斑的强度均匀性.采用互补型偏振控制板时,单元数对聚焦光斑偏振特性影响不大,但对强度均匀性则存在一定程度的影响,因而在实际工作中应根据应用需求合理选取单元数.     

斜程湍流大气中部分相干艾里光束的偏振特性研究

偏振是激光通信中保密编码的重要参数,研究斜程湍流大气中的偏振特性对激光通信具有重要意义.利用广义惠? 更斯-菲涅尔原理和偏振-相干统一理论,推导了无衍射的部分相干艾里高斯光束在斜程湍流大气传输中的偏振度解析式,详细研究了湍流参数、相干长度、天顶角、截断因子和分布因子对偏振度的影响.研究结果表明:与水平湍流相比...     

Polarization ellipse and Stokes parameters of a stochastic electromagnetic Gaussian Schell-model beam propagating through a polarization grating

An analytical propagation formula for the cross-spectral density matrix of a stochastic electromagnetic Gaussian Schell-model (EGSM) beam after propagating through a polarization grating is derived with the help of a tensor method. The statistics properties, particularly the degree of polarization, polarization ellipse and Stokes parameters, of the EGSM beam on propagation after passing through a polarization grating are studied numerically. Our results clearly show that the statistics properties of the EGSM beam on propagation are closely determined by the initial parameters of the EGSM beam and the parameter of the polarization grating. The polarization grating provides one way for modulating the polarization properties of an EGSM beam.     

Polarization squeezing and new states of light in quantum optics

The concept of squeezing is discussed for multimode quantum light beams with the consideration of polarization using the polarization gauge SU (2) invariance of free electromagnetic fields. We separate the polarization degrees of freedom from other ones, and consider uncertainty relations characterizing polarization observables. As a consequence, we obtain a new classification of polarization states of light within quantum optics.     

偏振对飞秒激光辐照LiF晶体的影响

飞秒激光聚焦到LiF晶体内部, 晶体的加工形貌随偏振改变. 实验表明, 偏振方向平行于<110> 晶向时, 加工起点到表面的距离是<100>偏振下的1.08 倍; 而<110>偏振下加工终点到表面的距离是<100> 偏振下的1.01 倍. 为了解释加工形貌的偏振依赖, 建立了逆韧致辐射、雪崩电离和无辐射跃迁的模型, 首先, 价带电子通过强场电离和雪崩电离, 从激光中吸收能量跃迁到导带, 该过程用电子密度演化方程和傍轴非线性薛定谔方程描述, 求解方程得到导带电子密度; 其次, 导带电子通过无辐射跃迁过程释放能量给晶格, 由能量守恒计算出晶格温度沿激光传播方向的分布; 最后, 晶格温度超过熔点以上的区域被加工. 模拟结果显示, <110>偏振下加工起点到表面的距离是<100> 偏振下的1.03倍, 而<110>偏振下加工终点到表面的距离是<100>偏振下的0.981 倍, 与实验结果基本一致. 虽然Z扫描技术测量的非线性折射率随偏振方向变化, 但是非线性折射率的变化趋势与实验结果相反. 模拟和实验证明逆韧致辐射导致加工形貌随偏振变化.     

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.     

基于大气中性点的地-气分离方法空基验证探究

偏振遥感是遥感领域的一个新兴对地观测手段,地物反射的偏振效应是偏振遥感进行观测的基础。然而,地物反射具有偏振效应,大气粒子的反射与散射也具有偏振效应,并且大气的偏振效应往往大大强于地物偏振效应。当用偏振遥感器对地表目标进行观测时,大气的强偏振效应会干扰甚至覆盖地物的偏振信息。因此,如何最大限度地消除大气的偏振效应对地物偏振效应的影响是偏振遥感的一个关键性问题。大气中性点是大气中偏振度趋近为零的区域。利用大气中性点进行地-气分离理论的核心思想是将探测器放置于中性点区域进行对地观测,以减弱大气偏振对地物偏振的影响。基于国内首次大气中性点偏振遥感航空飞行实验,通过处理和分析实验所得影像数据,分别得到了中性点位置和非中性点位置影像偏振度分布,发现中性点位置偏振度集中分布区域要明显小于非中性点位置,验证了利用大气中性点进行地-气分离理论的合理性和可行性,提出了利用中性点进行偏振遥感实验所需要的条件,并初步分析出,波长较长的波段更适合于偏振遥感观测。     

Analysis of an integrated optical coherent receiver with optical state of polarization control

An integrated optical coherent receiver with continuous state of polarization control is proposed and analyzed. The receiver consists of an integrated optical polarization rotator, a state of polarization detector and a balanced mixer receiver. Continuous state of polarization control can be achieved by using two polarization rotators in series and feeding the polarization rotator outputs into the state of polarization detector whose subsequent output is used to control the voltage settings on the polarization rotator. For the general case, the polarization rotator is comprised of two phase shifters and a TE - TM mode converter. The state of polarization detector stage consists of a δβ directional coupler mode splitter. A novel fabrication technique for achieving efficient polarization splitting is discussed. A balanced mixer receiver is implemented using a passive directional coupler with 50/50 power splitting. The need for a passive device is demonstrated and a method for achieving accurate power splitting ratios using the proton exchange fabrication technique is discussed and experimentally demonstrated. An analysis of the performance of such a system including the balanced mixer receiver is carried out to identify the critical areas of fabrication. Discussion is also given to the function and characteristics of the electronic control loop.     

偏分复用系统中偏振模色散补偿与偏分解复用一体化方案

本文建立了偏分复用系统中偏振模色散与信号偏振态变化引起信道串扰的数学模型, 分析了偏振模色散对偏分复用信道射频功率的影响, 并提出了适用于偏分复用系统的光域偏振模色散补偿与偏分解复用同时进行的方案: 用信道的射频功率作为反馈控制信号, 监测链路中偏振模色散和偏振态变化引起的信道串扰的大小, 用改进的粒子群优化算法对偏振控制器进行自适应控制, 同时完成偏振模色散补偿与偏分解复用. 在112 Gb/s偏分复用-差分正交相移键控(PDM-DQPSK)传输系统中仿真验证了该方案的有效性. 结果表明该方案可以使112 Gb/s-PDM-DQPSK传输系统完成自适应偏分解复用的同时, 在1 dB的光信噪比代价下, 使系统对偏振模色散的容忍度提高20 ps. 关键词： 偏分复用系统 信道串扰 偏振模色散 偏分解复用     

基于偏振菲涅尔反射比分布的主动偏振成像目标辨别方法

由于偏振特性是材料自身所决定的物理特性,其偏振图像含有丰富的目标信息,利用偏振信息对目标进行识别一直是国内外目标探测领域的研究热点,而主动偏振成像较之被动偏振成像更具有信噪比高以及可控性好等优势。在详细分析了偏振菲涅尔反射比分布的理论基础上,提出了一种利用探测物体表面的偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像方法。该方法在发射端将偏振方向正交的两种偏振态的光源交替照射到目标场景中,在探测端用分别装有两个偏振方向垂直的偏振片的CCD采集偏振图像。同时,将探测端架构在不同的探测方向采集目标经主动光源照射后的偏振数据,最后将这些数据传输到计算中心,通过最优化拟合技术反演出不同目标的光学常数,由于不同目标的表面材质不同,其反映出的光学常数就不同,从而达到辨识不同材质目标的目的。实验分别采用了仿真数据和实测数据来验证该方法的有效性。仿真实验显示,所提出的方法利用材料的光学常数对不同材料进行区分不仅是科学的而且更方便有效。实测数据进一步验证了该方法能够较好的恢复出目标的相关光学常数,尤其在区分金属和非金属材料方面表现突出,并且探测方法结构简单实用,在目标探测、伪装识别等领域中有较大应用前景。     

双环掺铒光纤激光器混沌偏振控制方法研究

提出双环掺铒光纤激光器激光混沌的偏振耦合控制以及部分偏振控制方法,偏振耦合控制能控制耦合相互作用以控制激光混沌,部分偏振控制是控制部分偏振耦合效应以控制激光混沌.数值模拟了偏振耦合控制混沌和某一个环的部分偏振控制混沌,它们都能实现把双环掺铒光纤激光器激光混沌控制到稳定态和周期态上;通过实时调控光的偏振方向,这两种混沌控制方法都能实时地、动态地、有效地控制激光混沌进入到稳定态和周期态上.     

Manifestation of anisotropic collisional generation of higher polarization moments in polarization of quadrupole emission

Direct observability of polarization moments of a higher order—octupole orientation of atomic angular momenta (κ=3) and their hexadecapole alignment (κ=4)—from polarization of quadrupole radiation is discussed. The case when atoms are excited through dipole absorption of light producing orientation or alignment of angular momenta with κ=1 or 2 and higher polarization moments are induced by collisions with a beam of particles is considered. It is shown that differences in the laws of transformation of polarization moments of various ranks κ in rotations of coordinate axes allow us to select the pure contribution of the higher polarization moment under study from the signal of polarization of quadrupole emission by excluding the contribution of orientation or alignment with κ=1 or 2. Optimum systems of coordinate axes for the observation of octupole orientation from circular polarization of light and for the observation of hexadecapole alignment from linear polarization of light, in which the pure contribution of the higher polarization moment under study to polarization of quadrupole emission reaches its maximum, are calculated.     

一种基于超材料的宽带、反射型90°极化旋转体设计

根据各向异性媒质理论, 设计了一种宽带、反射型超材料极化旋转体, 能够将线极化波极化方向旋转90°, 极化转化率大于90%的工作带宽为5.5–14.5 GHz. 该极化旋转体由两层介质板、金属双开口谐振环和金属底板周期排列构成, 具有各向异性的特点, 单元两对角线方向的电场分量反射系数相同, 反射相位相差180°, 导致其极化旋转特性. 利用表面电流分布图, 分析不同极化波入射时该极化旋转体的谐振状态, 实验和仿真结果符合较好. 该极化旋转体在新型天线设计和隐身技术等方面具有广阔的应用前景.     

Photon energy dependence of the spin polarization

Spin polarization in semiconductors was investigated by pump-probe measurements, where the transmissions of the samples were monitored with probe pulses with same and opposite circular polarizations. The spin polarization as a function of the pump-probe delay was estimated, and the polarization was found to decay in a sub-ns timescale. It was also found that the polarization depends strongly on photon energy of the pump beam. The pumping energy dependence of the spin polarization was discussed based on the inter-band transition probabilities.     

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.