基于半波片的偏振跟踪理论分析

分析了卫星量子密钥分配中采用半波片进行偏振跟踪的原理，通过旋转半波片实现对偏振“零”方向的跟踪.针对BB84协议和B92协议，给出了三组共轭基六个光子偏振态的变换关系式，分析了基于偏振跟踪的量子密钥编码原理. 关键词： 量子密钥分配 偏振跟踪 半波片     

通道调制型偏振成像系统的偏振参量重建

通道调制型偏振成像系统中,焦平面上获取的信息需要通过目标偏振参量的重建才能有效提取,因而重建是目标识别、材料分析、生物医疗等技术进一步应用的前提.为了实现在非理想情况下通道调制型偏振成像系统的偏振参量精确重建,需要解决成像系统中电荷耦合器件(CCD)采样频率与频谱位置偏移对重建的影响.本文首先详细分析了频谱不发生混叠的条件:CCD采样频率应至少为4倍基频;在偏振干涉频谱位置偏移时,使用最大频谱法确定各个偏振态的载波频率,通过频移、滤波和傅里叶变换获得目标的偏振重建二维图像;最后通过计算机模拟仿真与实验分析结合的方法验证该重建方案的可行性与有效性.模拟与实验结果表明:改进后的偏振重建法得到的偏振图像与原始输入图像的均方差在0.001以下,峰值信噪比有明显的提高,且结构相似度可达到0.9以上,表明该方法获得的二维偏振态重建图像精度高,与理论偏振解调法相比具有很大的优越性.该工作希望为后续偏振探测与分析进一步的研究提供参考.     

通道调制型偏振成像系统的波段宽度限制判据

通道调制型偏振成像技术是一种体积紧凑、空间分辨率高且能够实时获取全偏振信息的新型偏振成像探测技术. 但该技术目前只能实现准单色光的全偏振探测, 严重制约了其实用化. 本文首先对宽带光通道调制型偏振成像出现混叠现象的原因进行了分析, 得出载波频率是限制波段宽度的主要因素. 据此在空间频谱域上分析并推导了通道调制型偏振成像系统的光谱宽度限制判据公式, 同时通过模型仿真得到了系统的极限有效光谱范围, 与理论推导公式结果进行了对比分析, 验证了判据的准确性. 基于该判据可预测给定通道调制型偏振成像系统的有效工作波段, 同时还可为扩展系统波段宽度提供理论支撑.     

弹光调制型成像光谱偏振仪中的高精度偏振信息探测研究

提出了一种基于三弹光调制器的差频偏振调制方法, 并结合声光可调谐滤波技术构成了新型弹光调制型成像光谱偏振探测仪(photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter, PEM-ISP). 介绍了PEM-ISP及三弹光差频偏振调制方法的基本工作原理, 并从PEM-ISP的探测原理出发, 通过分析和计算PEM-ISP的Mueller矩阵, 推导出了相应的偏振测量公式; 通过仿真及实验验证了三弹光差频偏振调制方法的可行性和准确性; 最后分析了探测积分步长、采样间隔的选取对偏振测量的影响, 对入射视场角、相位延迟幅值等因素所带来的测量误差进行了初步分析. 结果表明, 1%的相位延迟量误差带来的线偏振度DoLP误差 <0.6%. 本研究为新型PEM-ISP的遥感探测以及Stokes参量的反演的进一步工程化实现提供了必要的理论依据. 关键词： 偏振调制 三弹光调制器 差频 成像光谱偏振仪     

空间调制型全Stokes参量偏振成像系统原理及仿真

空间调制型全Stokes参量偏振成像是针对同一目标不同偏振分量的同时探测技术,以双折射晶体作为调制元件,将Stokes参量S0~S3调制在同一幅图像中,只一次采集便可获得包含4个Stokes参量的调制信息。分析空间调制型全Stokes偏振成像系统的探测原理和数学模型。阐明重构偏振图像S0~S3的理论依据,并分析了系统参数的选择对图像重构效果的影响。根据实际系统参数,进行数值仿真模拟成像过程,获取调制图像,使用一种简单的频域解调算法,重构出S0~S3的4幅偏振图像,得到比较满意的重构效果,不仅验证了方案的可行性,同时为仪器设计或器件选型提供参考。     

时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪数据处理研究

研究了基于Savart偏光镜的偏振干涉成像光谱仪在时空混合调制模式下图像形成、数据分布的特点,论证了视场补偿型偏振干涉成像光谱仪更适用于单色光条件下的时空混合调制工作模式,并提出了时空混合调制模式下数据采集与处理的基本原理及其需要注意的问题与解决方法.最后,应用这种方法对实验获取的干涉图进行了数据处理,并成功复原出了光谱.     

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的最佳角度分析

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测,这一方法将偏振测量与干涉成像光谱技术相结合,一方面能提供辐射测量所不能提供的物体偏振信息,另一方面又可获取目标的空间图像和光谱,具有比辐射测量更高的准确度.在简要分析了利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的理论基础上,深入研究了偏振检测的方法,分析比较了目前常用的偏振探测角度（45°,60°）对偏振度探测的影响.进一步计算推导出偏振测量的最优探测角度,将之与以往常用的探测角度进行了分析比较,证明了此最佳探测角度可以有效地减小偏振误差、提高偏振探测的精度.这将极大地提高偏振干涉成像光谱仪的应用范围,为新型偏振干涉成像光谱技术的研究以及仪器研制提供重要的理论依据. 关键词： 偏振检测 偏振干涉成像光谱仪 探测角 Savart偏光镜     

空间调制型全偏振成像系统的图像解调算法修正

空间调制型全偏振成像系统可实现目标全偏振参量的同步探测。现有解调算法仅适用于单色光的探测系统,不适用于复色光的探测系统。通过寻找中心频谱位置获得实际载波频率的方式对偏振解调算法进行了修正。复色光偏振成像实验结果表明:宽波段空间调制型全偏振成像系统通过修正的图像解调算法可以得到中心波长的偏振信息,偏振探测误差小于5%。研究结果为复色光全偏振成像系统的解调算法研究提供了参考。     

偏振干涉成像光谱仪中偏振化方向对调制度的影响

论述了自行研制的偏振干涉臧像光谱仪的原理,分析了其分光机理和成像原理;实在 重就起偏器、分析器的偏振化方向对干涉图调制度的影响进行了分析和计算,推导了偏振化方向偏离理想方向时调制度偏角的变化关系,给出和讨论了调制度随偏 角变化的空间曲面以及最大调制离（Ｖ＝１）和最小调制度（Ｖ＝０）时偏振器偏振化方向的空间取向。     

分振幅型全Stokes同时偏振成像系统波片相位延迟误差分析

分振幅型全Stokes同时偏振成像仪具有实时性好、空间分辨率高、精度高等优点,有很高的应用价值.分振幅型全Stokes同时偏振成像系统利用偏振分束器、1/2波片和1/4波片将入射光Stokes矢量调制在4幅图像中,可解析入射光Stokes矢量. 1/2波片和1/4波片的相位延迟误差对Stokes矢量测量精度有着不可忽略的影响.建立了包含上述两种误差的Stokes矢量测量误差方程,分析了1/2波片和1/4波片相位延迟耦合误差对自然光、0°/45°线偏光、左旋圆偏光等典型基态入射光的Stokes矢量测量误差的影响,推导了任意偏振态的Stokes矢量测量误差的表征方法.在邦加球球面和球内选取不同偏振度的Stokes矢量作为入射光进行仿真.结果表明, Stokes矢量测量误差和偏振度测量误差均随着入射光偏振度的增大而增大.选取入射光偏振度为1时的偏振测量精度评估系统.为满足2%的偏振测量精度, 1/2波片相位延迟误差应在±1.6°内, 1/4波片相位延迟误差应在±0.5°内.这对提高系统的偏振测量精度具有重要意义,为系统设计和研制提供了重要的理论指导.     

板状结构Lamb波频散补偿与聚焦接收成像检测

对板状结构中Lamb波的频散和多模现象进行了理论分析,采用有限元仿真方法获取了Lamb波与缺陷作用后的回波信号,对信号进行聚焦接收处理,即在一定距离范围内利用导波频散特性对各个模式信号进行频散补偿,提取补偿后信号的幅值,结果表明当所得信号幅值最大时,所对应的补偿距离等于缺陷与换能器之间的实际距离.利用这一结论,提出了以...     

激光回馈波片位相延迟测量的误差源及消除方法

激光回馈法是一种新型的波片位相延迟测量方法。将波片放置在激光器与回馈镜之间,可使激光回馈波形产生偏振90°旋转（即跳变）现象,而两偏振态所占的周期比（占空比）与波片的位相延迟相关。通过测量占空比即可由计算机自动给出波片位相延迟。采用双向扫描回馈镜,2次获得并测出占空比,这样可以很好地消除两偏振态损耗的波动造成的测量误差,提高了该方法长期测量的稳定性。测量的重复性达到0.5°。该方法结构简单,在线测量精度高,满足工业化生产的需要。     

多方向偏振片及1/4波片对全偏振检测的影响研究

理论上推导了光线通过任意方向偏振片和任意方向1/4波片的出射光强与全Stokes参量关系的表达式,利用自然背景下的人造目标为对象开展全偏振检测实验,并以目标与背景偏振度对比为主要指标,研究了多方向情况下上述两种偏振器件影响全偏振检测的因素。研究表明下述三种情况方程组秩小于4导致全偏振检测无效:固定1/4波片方向而改变偏振片方向;固定偏振片方向改变1/4波片方向,且四组角度中两器件平行及垂直的关系同时出现;偏振片与1/4波片有三组角度相同,第四组角度关系为平行或垂直。实验表明,固定偏振片方向改变1/4波片方向,探测结果与固定偏振片方向的取值有关;采用偏振片与1/4波片三组方向相同,第四组夹角45°的全偏振检测方式,偏振度对比较高。     

Retardation calculation for achromatic and apochromatic quarter and half wave plates of gypsum based birefringent crystal

This paper presents retardation calculations for achromatic and apochromatic half and quarter wave retarders of gypsum based birefringent crystal. The calculations indicate that an achromatic wave plates can be obtained by combining gypsum crystal with KDP, ADP, MgF₂, sapphire and calcite birefringent crystals. The residual variation percentages of retardations as a function of wavelength for gypsum/KDP, gypsum/ADP, gypsum/MgF₂, gypsum/sapphire and gypsum/calcite were found to be ± 1.7%, ± 3%, ± 12.2%, ± 12.0% and ± 7.2%, respectively. To reduce the spectral variation of retardations, a third layer (apochromatic) of birefringet material is added to the aforementioned achromatic wave plates. The proposed apochromatic wave plates are gypsum/KDP/quartz, gypsum/ADP/quartz, MgF₂/ADP/gypsum, MgF₂/KDP/gypsum and gypsum/sapphire/MgF₂. The addition of a third layer has reduced spectral residual variation percentages of retardations of the aforementioned apochromatic designs to ± 0.27, ± 0.33, ± 0.3, ± 0.17 and ± 0.45, respectively.     

拓扑成像法的分层波导结构内部缺陷检测

将拓扑成像理论应用于分层波导结构,分析拓扑成像法在分层波导结构缺陷检测方面的应用可行性。首先,对拓扑梯度的表达式进行理论推导,阐述拓扑成像的基础理论和成像原理,对于厚度方向刚性连接的钢-铝双层板,本文结合实际检测需求,提出了优化的拓扑梯度表达式。然后,使用ANSYS有限元软件建立声场计算模型,根据优化的拓扑梯度表达式计算了直接问题和伴随问题两种情况下的声场分布,验证拓扑成像理论的可靠性。结果表明,拓扑成像方法可以准确定位钢-铝双层板中单缺陷和多缺陷,且具有良好的检测分辨率和定位精度,说明拓扑成像法对分层波导结构中的缺陷检测具有可行性。     

The influence of divergence angle on the deposition of neutral chromium atoms using a laser standing wave

The characteristics of neutral chromium atoms in the standing wave field are discussed.Based on a semi-classical model,the motion equation of neutral atoms in the laser standing wave field is analyzed,and the trajectories of the atoms are obtained by simulations with the different divergence angles of the atomic beam.The simulation results show that the full width at half maximum(FWHM) of the stripe is 2.75 nm and the contrast is 38.5:1 when the divergence angle equals 0 mrad,the FWHM is 24.1 nm and the contrast is 6.8:1 when the divergence angle equals 0.2 mrad and the FWHMs are 58.6 and 137.8 nm,and the contrasts are 3.3:1 and 1.6:1 when the divergence angles equal 0.5 and 1.0 mrad,respectively.     

夫琅禾费衍射场的相位弯曲及其对光传输和成像过程的影响

在普通物理的框架内对不同情况下夫琅禾费衍射光场的相位弯曲因子的形成进行了推导,并对其物理意义给出直观的说明;指出并讨论了该因子对光波传输过程的重要影响;从而纠正了光学教材中的一个常见误式,它将对成像过程导致悖论。     

Simultaneous measurement of retardation and fast axis angle of eighth-wave plate in real time

A simultaneous measurement method for the retardation and the fast axis angle of the eighth-wave plate in real time is proposed. The beam emitted from the laser passes through the circular polarizer and the eighth-wave plate to be measured successively, and then is split by the Dammann grating to form three sub-beams. They are analyzed by an analyzer array and detected by a detector array. Three detection signals are obtained simultaneously to calculate the retardation and the fast axis angle in real time. In experiments, a crystal quartz sample is measured at different fast axis angles. The average and standard deviation of its retardation respectively are 40.9°and 0.5°. The maximum measurement deviation of the fast axis angle is 2.1°. The usefulness of the method is verified.