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。     

利用斯托克斯参量验证偏振光

利用斯托克斯参量表示入射光的偏振特性,给出了斯托克斯各参量测量方法与计算原理,通过实验和关系转换,进而可更直观地判断光的偏振态.     

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。     

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。     

一种反射式扭曲向列型液晶显示优化设计的新方法

基于扭曲向列型液晶的显示器件通过调制光波的偏振态实现显示的目的,因此光波的偏振状态在其中起了极为关键的作用.本文结合琼斯矩阵和表示光波偏振态的斯托克斯参量j-circle方法,提出了一种优化反射式扭曲向列型液晶显示器件的新方法.该方法与原有的空间参量方法不同的是采用了追踪光波在传播过程中偏振态变化的办法得到反射式液晶显示器件中各光学元件的参数.该方法简单直观并且可以对多个参数同时进行优化,实现了显示性能的最优化设计并得到了新的显示模式.     

基于达曼光栅的快照式斯托克斯偏振测量方法

斯托克斯偏振测量常被用于获取光束的偏振特性。提出一种利用偏振无关的达曼光栅快照式测量偏振光束斯托克斯参量的方法。偏振光束通过达曼光栅后在空间对称的位置上被分成4束,这4束光经波片和线偏振器调制后,最终被CCD采集。将单次快照采集的光强图简单叠加运算就可计算得到偏振光束的斯托克斯参量,并可进一步计算得到偏振光束的偏振分布、矢量质量因子（VQF）和模间相位。所提测量方法对不同椭圆偏振光的测量结果与商用偏振测量仪的测量结果之间的平均相对误差为6.97%。所提方法的测量装置简单,无需转动任何器件,单次快照就可完成测量,具有可靠的测量精度。     

几种地物反射光的偏振特性

偏振测量具有很多普通的光强度测量不具备的优点,是研究地表、大气,探索太空的良好辅助手段。为了获得可见一红外偏振光谱,从而考察利用偏振遥感识别目标的可行性,采用求取斯托克斯参量的方法,分别对草地、黄色环氧板、沥青楼顶、绿帆布、水泥路面及铁板六个样品做了反射光偏振特性测量,并对它们的偏振光谱进行了详细比较,分析了其形成原因。结果表明偏振特性与目标的性质、测量波长、观测角度均有很大关系,偏振测量在遥感和目标识别方面具有重要的意义。     

横向调制偏振光测量导轨直线度

介绍了一种测量导轨直线度误差的新方法,利用偏振干涉原理调制出一束偏振角随光束横向坐标线性变化的特殊线偏振光光束,通过一个随直线度误差移动的光缝测量出光束中不同位置的偏振角,根据直线度误差与偏振角之问的线性关系,实现对直线度误差的测量.从理论上对该方法进行了论证分析,进而详细介绍了光学调制器的组成,设计了偏振角测量的光电组件,并进行了相应的实验.实验结果分析表明,该实验装置的直线度误差与偏振角之间的直线拟合相关指数R2优于0.9995,且测量直线度误差范围不低于0.5 mm,构建的测量系统经标定后测量分辨力可以达到亚微米级,测量不确定度达到1μm.该方法不仅实现方便、可靠性较高,而且可以克服测量时由于光强变化、导轨形面误差对测量结果的影响,稍加改进即可实现二维直线度误差测量,测量精度与自准直仪相当,具有一定的理论研究意义和较强的实际应用前景.     

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。     

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。     

全偏振光通过延迟器件后的布卡尔球表示

以全偏振光的矢量描述和布卡尔球表示为理论基础 ,用斯托克斯矢量表示全偏振光 ,用Muller矩阵表示延迟器件 ,推导了全偏振光通过一个快轴与X/Y轴重合而相位差为δ1 的延迟器后的斯托克斯矢量表示 ,并由此计算了全偏振光通过该器件后的球坐标。由全偏振光通过延迟器件前后的球坐标表示的特点 ,可得到一束全偏振光通过此延迟器件后在布卡尔球上的位置 ,并可证明完全是由初相位差 δ0 和延迟器的相位差 δ1 决定的。给出了实例 ,并验证了此结论。     

随机电磁光束的广义斯托克斯参数实验测量

利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后,用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理,检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度,得到光束的交叉谱密度矩阵,进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明,同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.     

极化电子与原子散射的广义Stokes参量的实验测量

分析了极化电子与原子散射后的受激原子退激辐射光的广义Stokes参量，介绍了Stokes参量的基本概念和实验测量方法并阐明其具体的物理意义．为自旋极化电子参与的原子或分子碰撞实验和理论模型的研究奠定基础．     

原子受激态的Stokes参数分析

根据密度矩阵理论,导出了受激原子态P态密度矩阵元和P态退激辐射的光子密度矩阵元的Stokes参数,它们之间存在一种非常简单直接的关系,说明在电子-光子符合散射实验中,通过测量光子的Stokes参数,就可以描述受激P态电荷云分布和散射过程的动力学。According to the density matrix theory, the density matrix of photon emitted from excited atom P state and of P state were introdued in this paper. There were a simple direct relation between the two density matrices, which shows that the electron cloud shape of excited atomic state and scattering dynamics can be described through the observable Stokes parameters of photon in electron-photon coincidence experiment.     

利用散射系数变化测量血糖浓度的研究

论述了血糖浓度变化与溶液的散射系数的关系。在浑浊介质中散射特性取决于散射粒子和溶剂的折射率的相对大小,在血液中葡萄糖浓度的改变会引起血液折射率的变化,从而使血液的散射系数发生改变,从理论上给出了血糖浓度变化时计算散射系数变化的公式,得出了散射系数和血糖浓度成正比的结论。进一步讨论了满足临床应用目标下,散射系数的相对变化的测量精度要达到4.8×10-4,而对于中国人的血液绝对测量精度要达到6.82×10-3mm-1。用双积分球实验验证了理论计算的正确性,使用牛奶作为浑浊介质测量其散射系数与糖浓度的关系,在不同波长下散射系数都随葡萄糖浓度改变而改变,且线性度可以达到0.95以上。由此可以得出结论,血糖浓度可以通过测量散射系数来得到。     

Stokes-parameters representation in terms of the radial and azimuthal field components: A proposal

A simple characterization of the polarization state of partially polarized beams is proposed on the basis of the Stokes parameters expressed in terms of the radial and azimuthal components of the field at each point of the beam cross-section. The main properties of the proposed Stokes representation are also shown, and its physical meaning is discussed.     

Generalized (two-point) stokes-parameters representation in terms of the radial and azimuthal field components

Within the paraxial framework, a generalization of the Stokes representation is introduced in terms of the radial and azimuthal field structure of the beam cross-section. These generalized parameters depend on two spatial variables and are closely related with the cross-spectral density (CSD) matrix of the field. The propagation law of such parameters through general first-order optical systems is also given. It allows to describe, in terms of the radial and azimuthal field components, the coherence and polarization behavior of partially-polarized, partially-coherent beams.