双弹光调制广义偏振测量的数字锁相数据处理研究

针对高精度、快速实时的偏振测量需求,提出了一种双弹光差频调制的偏振参量测量方法。对偏振测量原理进行了详细分析,针对双弹光调制器工作控制及信号解调需求,设计了基于数字可编程逻辑门阵列(FPGA)的多通道数字锁相数据处理方案。FPGA提供一定频率占空比的脉冲宽度调制波(PWM),经高压谐振电路输出正弦高压驱动弹光调制器工作,与此同时,探测器探测到的调制光信号经模数转换器(ADC)采集后进入FPGA中。FPGA提供本地参考信号完成多个频率信号的同时解调,进而单次测量便可得到4个斯托克斯分量。搭建了实验系统进行了实验验证,利用旋转1/4波片法建立了偏振产生装置,实现了对线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的测量。实验结果表明,系统测量的相对误差小于0.8%,重复性标准差小于0.2%,单次测量时间小于200ms,实现了高精度、重复性好、实时的偏振测量。     

基于斯托克斯参量的光弹性应力分布及成像方法研究

提出了一种基于斯托克斯参量测量的实时光弹性应力测量及其成像的新方法,对该方法的原理及参量测量方法进行了深入研究。根据分振幅斯托克斯参量测量原理设计一个实验系统,利用Equator-Poles(E-P)法定标系统,采用4个性能一致的光电探测器实现光束斯托克斯参量的快速实时测量。用实验系统测量单色平面偏振光通过光弹性样品后的斯托克斯参量,求得出射与入射偏振光的相位延迟量,再求得样品的应力值。运用该方法对有应力分布的平板玻璃和轴向受压有机玻璃进行测量并扫描成像,得到它们的应力分布图像。结果表明,该方法能够准确、快速和无损地测量光弹性样品任意位置的应力,实现对应力的实时测量。     

像素偏振片阵列制备及其在偏振图像增强中的应用

像素偏振片阵列在实时测量光的斯托克斯参量方面具有重要的应用.本文设计和制作了基于金属铝纳米光栅的像素偏振片阵列,制作工艺基于电子束曝光技术.偏振片阵列单元尺寸为7.4μm,每相邻2×2单元的透偏振方向分别为0,7π/4,π/2和3π/4.光栅周期为140 nm,占空比为0.5,深度100 nm,光栅面型为矩形.像素偏振片阵列的扫描电子显微镜照片显示,制备的偏振片阵列的金属纳米光栅栅线无断线、无交叉、无杂物污染,光栅栅线结构平直,厚度均匀,满足理想矩形面型.采用偏振光作为照明光的光学显微镜拍摄图片显示,像素偏振片阵列整体形状规则,具有很好的偏振特性,最大偏振透射率可达到79.3%,消光比可达到454.将像素偏振片阵列与CCD(charge coupled device)集成在一起,采集单帧图像即可计算图像的斯托克斯参量,从而得到拍摄物体线偏振度图像和线偏振角图像,实现了偏振增强,可应用于目标反隐和识别.     

基于小孔点衍射的超精面形瞬态干涉测量技术

为解决时域相移小孔点衍射干涉仪中移相依赖昂贵压电陶瓷相移器,且长时间采集易受环境干扰影响的问题,提出一种基于偏振同步相移的小孔点衍射瞬态干涉检测方法.构建反射式结构的小孔点衍射干涉测量光路得到两束正交的圆偏振光,利用棋盘位相光栅分光与偏振片阵列移相,在CCD上同时获得4幅不同相移量的干涉图像,对单次采集的4幅瞬时干涉图...     

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     

用琼斯矩阵法分析别汉棱镜像面偏振态分布

 基于反射定律的矢量式易于追迹复杂系统中光线的三维空间传播方向,计算了别汉棱镜每一面反射光线的方向,利用琼斯矢量法建立每一反射平面的琼斯矩阵以及面与面之间的传输矩阵,得到了一束线偏振平行光通过别汉棱镜后像面上的偏振状态分布,即经由2个屋脊面出射的光束是2个方位角不同的椭圆偏振光,这2个方位角的大小与入射线偏振光的振动方向有关。采用斯托克斯参量测量法,对别汉棱镜像面上偏振状态的分布进行了实验检测,得到了与理论分析一致的结果,指出别汉棱镜的偏振效应将会导致出射光束偏振状态的不均匀分布。     

椭圆偏振光参量的测定

描述光波偏振态有多种方法,使用斯托克斯参量来表示单色波偏振态是其常用的一种。实验是在主轴坐标系中进行的,在直角坐标系和主轴坐标系中斯托克斯参量的表示是不相同的,可用一定的关系进行转换。通过实验测量斯托克斯参量,求出椭圆偏振光参量。实验结果与理论计算值相符合。     

偏振光斯托克斯参量的高速实时测量技术

为了满足对高速变化的偏振态的测量,提出一种能够对偏振态实现高速测量的技术。阐述了利用1/4波片与起偏器测量偏振光的斯托克斯参量常规的原理和方法,根据高速测量的要求推导出了新的斯托克斯参量计算公式,并依据此公式设计了基于多通道偏振态高速测量的方案,设计了具体的方法并编写了控制与算法程序。测试表明,该系统的测量速度达到了每秒700次偏振态测量,测量速度主要由电子线路的性能决定,测得的结果稳定可靠实现了光纤传输偏振态的高速测量。     

基于达曼光栅的动态光耦合器

提出了一种基于达曼光栅的动态光耦合器,通过控制装置中达曼光栅位移参量,可实现入射光束的分束或合束以及两者之间的动态转换。适当选择达曼光栅类型可实现任意N×M的动态光耦合。实验中以1550 nm光波长为例,对1×8达曼动态光耦合器进行测量,测得其实现光开关功能时插入损耗为0.43 dB,实现光分束功能时均匀性达到0.03,单路插入损耗均值为10.5 dB。该实验装置易于调节、体积小、能耗低,且关键元件达曼光栅制作工艺成熟,易于批量化生产。特别是在实现中大规模光交换阵列时,该方案就具有更明显的优越性,有实用意义。     

在与原子相互作用中光偏振态的量子描述及其演化

应用偏振光的量子理论和斯托克斯算符研究了无克尔媒质和存在克尔媒质情况下，光在与原子相互作用过程中偏振态的演化.研究了偏振光中斯托克斯参量的涨落及其压缩的非经典行为.偏振椭圆、量子光学中的偏振度和斯托克斯参量的信噪比也得到了讨论.结果表明斯托克斯参量及其涨落在时间演化中呈现出被调制的振荡，这些振荡表现出间歇地崩塌和恢复.在与原子的相互作用过程中，光的偏振椭圆不随时间变化，但偏振度却随时间出现振荡.克尔媒质对这些振荡演化有很大影响. 关键词： 斯托克斯算符 斯托克斯参量 量子偏振态 量子涨落     

部分偏振光通过透镜时的偏振像差分析

本文定量推导了轴上物点发出的部分偏振光通过透镜时其偏振度、偏振分量方位角和椭率角与透镜参数和入射光参量间的关系。对已知参数的透镜进行了定量计算，表明处于一定偏振状态的部分偏振光经透镜后其偏振度、偏振分量方位角和椭率角在出射光束截面上呈一定分布，产生偏振像差。给出了部分偏振光基本参量变化的数量级。指出在高精度光学测量中为避免透镜偏振像差影响，应尽可能减小光束半径和发散角。     

基于斯托克斯参量测量的偏振共焦显微成像技术的研究

提出了一种基于斯托克斯(Stokes)参量测量的偏振共焦显微成像新方法。以斯托克斯参量、偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量作为成像物理量,通过系统集成方法将斯托克斯参量测量系统整合到共焦显微成像系统,通过共焦显微成像系统的显微物镜将激光聚焦到样品表面,而带有样品偏振信息的反射光进入斯托克斯参量测量系统进行偏振测量,把从斯托克斯参量测量系统中出射的4个斯托克斯光分别聚焦到4个点探测器进行光电探测,实现斯托克斯参量的共焦探测,同时获得同一物点的4个斯托克斯参量以及偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量。对样品进行二维扫描,获得不同物点的4个斯托克斯参量及其相关的偏振参量,利用计算机软件进行图像重建,从而获得样品的斯托克斯参量及其相关偏振参量的共焦显微图像。     

弹光调制器准单色光波偏振测量与仿真

弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)互差频调制的新型偏振测量方法,能够同时实现三个斯托克斯光谱偏振参数测量,克服了现有方法的无法用阵列探测器有效采集,调制频率高的缺点,保留了原有弹光调制器偏振测量的优点。文章以光学系统的准单色光的偏振特性以及常用的偏振分析方法为基础,引入了Stokes矢量来表示入射光波的偏振特性。分析了弹光调制器实现偏振测量新方法的原理,利用三个弹光调制器工作在互相差异的频率上,对偏振光进行差频调制,产生载有偏振信息的低频分量,再通过锁相放大即可得到偏振信息,并给出利用MATLAB模拟仿真实现Stokes参量复原的过程。理论分析及仿真结果证明了该方法在理论上的可行性。     

基于光纤光栅的磁场测量新方法

提出了一种基于光纤光栅中法拉第效应和测量偏振相关损耗的直接测量磁场的新方法,给出了理论分析和实验结果.当有外加磁场时,光纤光栅中的法拉第效应使两个圆偏振光的传播常量改变,从而导致光纤光栅的偏振相关损耗的变化.仿真结果表明,外加磁场与偏振相关损耗峰值在一定的测量范围内存在线性关系,测量结果对温度变化不敏感.分析了光栅的参量对测量性能的影响.实验中得到该方案测量磁场的灵敏度为7.8e-6B/Gs,利用现有精度为10-6 dB的光矢量分析仪得到最小可测磁场为2 Gs.实验与理论吻合较好.     

二维固体激光阵列逆达曼光栅相干合束技术模拟研究

采用逆达曼光栅将二维锁相相干的激光阵列进行相干合束并进行孔径装填是获得远场单一主瓣大功率高光束质量激光输出的一种有效技术方案,将其应用于大尺寸5×5固体激光相干阵列相干合束中,并进行了固体激光阵列合束孔径装填的理论分析和原理性验证实验,测量了系统的实际合束效率,同时进行了后焦面逆达曼光栅的加工和放置误差对合束效率影响的详细分析。实验结果表明,逆达曼光栅用于固体激光阵列相干合束是一种有效的技术方案,且可以通过调节光栅周期和傅里叶透镜焦距来适应系统对激光阵列占空比的要求。这对于开发基于逆达曼光栅相干合束的高功率高光质量的全固态激光系统具有重要的意义。     

用Stokes参量法实现数字同轴偏振全息的研究

提出了一种基于Stokes参量的数字同轴偏振全息方法.在实验中用一束线偏振光和一束椭圆偏振光作为参考光, 分别与物光进行干涉,通过拍摄在两个相互垂直方向上的全息图,计算出物光在这两个方向的振幅和相位信息, 从而得到物光的Stokes参量和物体的全偏振信息,实现对各向异性物体偏振态空间分布的图像重建. 实验结果表明,该方法可用于物体的全偏振特性的测量.这种方法在求出物光Stokes参量的同时, 也可消除零级像和共轭像的干扰,因此也可用于同轴或离轴全息.     

显微物镜聚焦光场任意三维偏振方向的控制

线性偏振光在显微物镜焦斑处入射,与径向偏振光相干叠加产生三维偏振光场,通过调节两束光光强比率和入射线偏振光偏振方向实现聚焦光场任意三维偏振方向的控制.基于矢量光场衍射理论建立了仿真计算模型,对所提三维偏振方向控制方法的可行性进行理论验证和实验评估.构建实际控制光路并进行初步测试,实验结果表明了该方法的可行性,且相比于其他三维偏振控制方法,本文所提方法和其控制光路更为简单易实现.     

相干激光阵列的逆达曼光栅合束孔径装填实验研究

提出一种相干激光阵列合束孔径装填的新方法,采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干的阵列激光合束装填为远场单一主瓣的光束,给出了相应设计方案,并进行了模拟相干激光阵列合束孔径装填的原理性演示实验。实验结果表明,这是一种实现高功率和高亮度激光的有效技术方案。逆达曼光栅用于相干阵列激光合束是基于远场衍射原理,阵列面和光栅面为严格的傅里叶变换关系,具有原理简单、性能稳定可靠的特点,能够控制输出光束尺寸及其远场光束宽度,对于发展紧凑型、轻量化和高光束质量的高功率激光器系统具有重要意义。     

基于光栅透射光斯托克斯参量的实时压力传感方法及性能优化

提出了基于光纤光栅透射光斯托克斯参量测量的新型实时压力传感方法。深入分析了透射光第一斯托克斯参量和压力所致线双折射之间的单调变化关系。分析表明,入射线偏振光入射角度以及相应测量波长点的选择对系统灵敏度、线性度及动态范围有重要影响。利用光纤光栅和高速在线检偏器搭建了实时压力测量系统,实验数据验证了压力和透射光第一斯托克斯参量之间的单调变化关系,证明了此方法的可行性。最后对实验误差和系统性能进行了分析并提出了改进方案。     

圆双折射光栅的传输和偏振特性研究及磁场传感应用

从原理上阐述了圆双折射光纤光栅中的传输特性和偏振特性.通过坐标变换,得到圆双折射光栅的琼斯矩阵,并基于此详细分析了磁场大小、传输距离和入射光偏振态对透射光传输特性和偏振特性的影响.结果表明,一定大小的磁致圆双折射将使透射谱产生分裂,透射光偏振态随磁场和波长变化.同时偏振相关损耗和第三斯托克斯参量与外加磁场大小在一定范围...