油雾扩散过程中浓度对偏振激光传输特性的影响

针对大气环境中粒子浓度对激光传输过程的影响问题,以油雾粒子为研究对象,利用油雾粒子在扩散过程中产生的非均匀环境,进行了偏振激光传输的半实物仿真实验。实验采用532 nm激光器,分别研究了水平线偏振光、45°线偏振光以及左旋圆偏振光在油雾扩散过程中偏振态的变化情况。利用粒度仪对扩散环境进行了量化标定。实验结果表明:在油雾扩散过程中,浓度越高,偏振度变化的随机性越大,圆偏振光的保偏性优于线偏振光。在相同浓度下,0°线偏振光对偏振态的保持性要优于45°线偏振光。在浓度极高的情况下,体积浓度为2 mg/L及其以上时,线偏振光与圆偏振光的保持性趋向一致。     

椭球粒子烟雾浓度对激光偏振度影响的实验研究

以斯托克斯矢量理论为基础,通过搭建偏振传输半实物模拟装置进行模拟实验,观测激光在模拟环境(不同浓度的椭球粒子在非均匀分布状态)下偏振度(degree of polarization, DOP)的变化。实验选取灵芝孢子碳化粉末作为椭球粒子的实验对象,通过烟雾机将椭球粒子形成不同浓度的烟雾,研究入射波长为532 nm、671 nm的激光在0°、+45°、90°的线偏振光以及左旋圆偏振光经过模拟环境后偏振度(DOP)的变化情况。实验结果表明:入射偏振光随着烟雾浓度的增大,偏振度呈下降趋势;3种入射线偏振光随浓度增大降幅不尽相同,没有明显的规律可循;不同波长低浓度烟雾时,线偏振光与圆偏振光的偏振度下降幅度大抵相同,大约为3%左右;随着烟雾浓度的增大,线偏振光的偏振度表现出不同程度的下降,可达20%,圆偏振光的偏振度仅下降5%,表现出了较好的保偏能力。     

烟雾浓度对偏振光传输特性的影响

针对烟雾环境中烟雾浓度对偏振光传输特性的影响问题,采用烟煤粒子作为研究对象,分别研究了水平、垂直、+45°方向线偏振光及左旋、右旋圆偏振光经不同浓度介质传输后偏振度(DOP)的变化情况。采用蒙特卡罗方法建立仿真模型并对偏振传输理论进行分析。根据实测中浓度条件的不可控因素,采用光学厚度表征浓度,从仿真与室内实验两方面验证浓度对偏振光传输特性的影响。结果表明,偏振光入射时,偏振度随介质浓度的增加不断下降;水平、垂直、+45°线偏振光入射时,不同线偏振光偏振度随浓度的变化趋势大致相同;圆偏振光入射时,左旋、右旋圆偏振光的变化趋势基本一致;介质浓度较低时,圆偏振光偏振度随浓度的变化与线偏振光大致相同,而介质浓度较高时,圆偏振光的偏振度始终大于线偏振光,表明圆偏振光在高介质浓度、低能见度条件下具有更好的保偏能力。     

非球形介质的偏振激光传输特性实验研究

实验用一种新的化学方法合成了a/b(横纵比)1.6的椭球形非球形粒子,且以这种粒子为介质,通过油雾机在烟雾箱里产生不同浓度的非球形粒子,在均匀条件下分别以不同波长的激光(532nm,671nm)为入射光,透过衰减片、偏振片和1/4波片,并以旋转偏振片的方式使入射光变为0°,45°和左旋偏振光。分别以波长,入射角,非球形介质体积浓度为变量,研究偏振度(DOP)、偏振角(AOP)和光强(I)的变化情况,得到了偏振传输特性的变化规律以及保偏性能的优劣,对非球形介质的偏振传输特性的研究提供了数据和理论支持。     

混浊介质中线偏振光和圆偏振光的后向漫散射特征

以标准的组织模型Intralipid脂肪乳溶液为研究对象,采用CCD偏振成像系统,通过测量该混浊介质的后向漫散射光的斯托克斯矢量,深入研究了不同方位的线偏振光及不同旋向的圆偏振光入射时,后向漫散射光的特征.研究结果表明：对不同的入射偏振态,后向漫散射强度、偏振度的空间分布具有方位选择性,强度和偏振度的大小随距离入射点的距离增加而减小;介质浓度增加,后向散射强度增加,偏振度减小,且同一浓度下,圆偏振光的偏振度总是高于线偏振光.     

光源的偏振态对动态光散射颗粒测量结果的影响

研究了在动态光散射纳米颗粒测量中,光源的偏振态对测量结果的影响。采用了粒径为100nm、体积浓度为0.5%的标准颗粒作为样品,使He-Ne激光通过起偏器得到0°～180°方向的偏振光,测量了散射光强、偏振度和粒径测量值的变化,计算了相应的粒径均值偏差和标准差,并将这一结果与无偏振He-Ne激光入射进行了比较。结果表明,当入射光为线偏振光时,偏振方向垂直于散射面时测量效果最好;另一方面,由于颗粒系散射迭加造成的散射光偏振度降低,使线偏振光源与无偏振光源产生的散射光偏振度无明显差别,证明在测量中可以使用无偏振He-Ne激光代替。     

不同波长的散射介质后向散射光偏振度特性

基于Stockes矢量,通过测量以线偏振光和圆偏振光入射时脂肪乳剂后向散射光的偏振度,研究了532 nm、650 nm和780 nm三个波长的光与散射粒子粒径为325 nm的脂肪乳剂溶液作用后,其后向散射光的偏振度特性.研究结果表明,对于入射线偏振光,780 nm波长后向散射光中的线偏振光成分多于圆偏振光成分,而532 nm波长则相反;对于入射圆偏振光,三个波长后向散射光中的圆偏振光成分均多于线偏振光成分;532 nm波长的总偏振度高于650 nm和780 nm两个波长各自的总偏振度;线偏振光的保偏性优于圆偏振光的保偏性,但偏振光在散射介质中的穿透深度较小.因此,后向散射成像技术适用于物体表层成像,而且选择波长略大于粒径的线偏振光可以提高成像质量.     

不同波长的散射介质后向散射光偏振度特性

基于Stockes矢量,通过测量以线偏振光和圆偏振光入射时脂肪乳剂后向散射光的偏振度,研究了532nm、650nm和780nm三个波长的光与散射粒子粒径为325nm的脂肪乳剂溶液作用后,其后向散射光的偏振度特性.研究结果表明,对于入射线偏振光,780nm波长后向散射光中的线偏振光成分多于圆偏振光成分,而532nm波长则相反;对于入射圆偏振光,三个波长后向散射光中的圆偏振光成分均多于线偏振光成分;532nm波长的总偏振度高于650nm和780nm两个波长各自的总偏振度;线偏振光的保偏性优于圆偏振光的保偏性,但偏振光在散射介质中的穿透深度较小.因此,后向散射成像技术适用于物体表层成像,而且选择波长略大于粒径的线偏振光可以提高成像质量.     

单颗粒光散射偏振特性的模拟和分析

在入射自然光和线偏振光两种常见情况下,基于Mie理论和Debye级数展开,模拟了整体散射光和各阶散射光的偏振度和偏振比分布。研究结果表明:自然光入射时的散射光一般为部分偏振光,当粒径小于波长时,偏振度分布与Rayleigh散射的一致;当粒径大于波长时,整体散射光的偏振度在前向散射角很低,随着散射角的增加逐渐增高但变化频繁,在彩虹角处有很高的值。当入射光为线偏振光时,散射光一般为椭圆偏振光,整体散射光和各阶散射光的偏振比都很高,只有当方位角远离0°、90°、180°时才会出现极小值。     

激光斜入射窄带滤光片的热力效应

基于麦克斯韦方程组及热力学理论,分析了脉冲强激光在不同入射角、不同偏振态下辐照10.6μm窄带滤光片的热力效应,研究了不同入射角及偏振态下的温度场、应力场,计算了激光辐照下热力效应给窄带滤光片带来的通带漂移效应,比较讨论了不同入射角下的损伤阈值.结果表明:随着入射角度的增大,温升峰值的幅值与位置都有了较大的变化;P偏振光与S偏振光辐照引起的温升峰值都随着入射角度的增大逐渐下降;温升峰值的位置随着入射角的增大逐渐靠近滤光片与空气的界面;P偏振光与S偏振光引起的热力效应差异性越来越明显.在激光能量相同的情况下对比了不同激光入射角下的通带漂移特性,小角度入射时滤光片中心波长偏移超过200nm,10.6μm处透射率下降到6%以下.随着入射角的增大,滤光片熔融损伤阈值越来越大,而且在小角度入射时,P偏振光与S偏振光熔融损伤的阈值差别很小;当入射角大于30°时,P偏振光与S偏振光的熔融损伤阈值差别越来越大.以较小的功率实现激光对窄带滤光片的损伤需要考虑激光的入射角及偏振态.     

遥感遥测中偏振信息的研究进展

偏振是光的固有特性之一。地球表面和大气中的任何目标物在与光相互作用的过程中,由于目标物的表面结构、内部结构以及光入射的角度不同,都会产生其自身性质决定的特征偏振。而偏振遥感探测就是以目标物辐射能量的偏振特征作为探测信息,可以在复杂的背景中提取目标的七维信息并很好地分辨目标物上低反射区域和目标轮廓,解决了传统遥感所不能解决的大气探测和伪装识别方面的问题,具有良好的应用前景。文章介绍了偏振遥感遥测的机理,详细阐述了偏振探测的理论模拟、偏振遥感探测仪以及偏振遥感探测技术在大气探测、地球资源探测、海洋表面与水下探测、生物医学、天文探测、军事等领域应用的国内外研究概况、水平和发展趋势,归纳了目前存在的问题,并指出目前国内外偏振探测技术的研究方向,以期为后续的同类研究提供参考。     

Polarization Control with Piezoelectric and LiNbO3 Transducers

Several Polarization control transducers have appeared on the market, and now automated, endless polarization control systems using these transducers are becoming available. Unfortunately it is not entirely clear what benchmark performance tests a polarization control system must pass, and the polarization disturbances a system must handle are open to some debate. We present quantitative measurements of realistic polarization disturbances and two benchmark tests we have successfully used to evaluate the performance of an automated, endless polarization control system. We use these tests to compare the performance of a system using piezoelectric transducers to that of a system using LiNbO3 transducers.     

Simple method of the birefringent media properties determination

The simple and easy methods of determining the important birefringent medium parameters have been presented. These methods allow us to measure some important quantities of the medium: the azimuth angle and the ellipticity angle of the first medium eigenvector, the phase difference introduced by the medium and intensity transmission coefficients of the two eigenwaves. The main idea of the methods described is based on the measurement of the four intensities of the linearly polarized light passed both: through the investigated medium, and through the medium and linear analyzer.     

Polarization Control with Piezoelectric and LiNbO3 Transducers

Several Polarization control transducers have appeared on the market, and now automated, endless polarization control systems using these transducers are becoming available. Unfortunately it is not entirely clear what benchmark performance tests a polarization control system must pass, and the polarization disturbances a system must handle are open to some debate. We present quantitative measurements of realistic polarization disturbances and two benchmark tests we have successfully used to evaluate the performance of an automated, endless polarization control system. We use these tests to compare the performance of a system using piezoelectric transducers to that of a system using LiNbO3 transducers.     

信噪比对偏振耦合测试影响分析

以白光麦克尔逊干涉仪对双折射保偏光纤的偏振耦合进行测试,并基于仪器结构建立了测试扫描结果的数学模型.分析及仿真了信噪比对耦合强度及耦合位置检测的影响大小及变化趋势.信噪比大于32dB,可满足偏振耦合测试的要求.     

运用偏振荧光的手段研究氧化胁迫对小麦叶绿体荧光的影响

采集抽穗期小麦旗叶,采用1mmol.L-1 H2O2、干旱、黑暗处理24h诱导产生氧化损伤模型,然后运用偏振荧光的手段检测了叶绿体的荧光发射谱和荧光激发谱,结果发现,无论选择436nm激发叶绿素a(Chla)分子,或固定475nm激发叶绿素b(Chlb)分子,氧化胁迫后光系统Ⅱ反应中心P680与光系统Ⅰ反应中心P700的荧光发射峰峰面积比值A684/A720呈上升趋势;通过比较偏振荧光激发谱上E436/E475和E475/E600比值,发现随着氧化胁迫的进行,Chla对于反应中心能量传递的相对贡献大于Chlb;此外,类胡萝卜素向Chlb能量传递效率在各个偏振方向上均有所提高;通过计算偏振度及粘度,发现氧化胁迫处理促使680nm处荧光偏振度提高,内囊体膜微环境粘度增加。上述结果为研究氧化胁迫提供了一种简单、易行的方法。     

偏振和衍射双重效应影响的Schmidt棱镜特性

一束偏振光经过Schmidt棱镜的两个不同路径,成为两个不同的偏振状态,使得出射光束的偏振态呈现非均匀分布.为了探索偏振态非均匀分布对Schmidt棱镜传光质量的影响机理,将两个路径对应的光波函数引入屋脊衍射积分方程,得到了偏振效应影响的屋脊衍射场强分布.场强分布的数字计算表明:在偏振效应和衍射效应的双重影响下,经Schmidt棱镜出射的光场分布出现了严重变形;对应同一入射线偏振光出现的P、S两分量位相差的差异,使得P、S分量的屋脊衍射光强分布IP、IS有很大差异,这种差异在入射线偏振光方位角为0°和90°时达到最大;而合光波的衍射光强IP+IS是分裂为有一定空间间距的多峰分布,但多峰分布随入射线偏振光方位角的变化比较小.实验拍摄了He-Ne激光经Schmidt棱镜衍射后出射光强分布图.实验结果和理论分析一致性表明:Schmidt棱镜中的偏振效应和屋脊衍射效应导致了一束入射线偏振光分裂为有一定空间间距的多峰光束,严重破坏了Schmidt棱镜的传光特性.     

偏振和衍射双重效应影响的Schmidt棱镜特性

一束偏振光经过Schmidt棱镜的两个不同路径,成为两个不同的偏振状态,使得出射光束的偏振态呈现非均匀分布.为了探索偏振态非均匀分布对Schmidt棱镜传光质量的影响机理,将两个路径对应的光波函数引入屋脊衍射积分方程,得到了偏振效应影响的屋脊衍射场强分布.场强分布的数字计算表明:在偏振效应和衍射效应的双重影响下,经Schmidt棱镜出射的光场分布出现了严重变形;对应同一入射线偏振光出现的P、S两分量位相差的差异,使得P、S分量的屋脊衍射光强分布I_P、I_S有很大差异,这种差异在入射线偏振光方位角为0°和90°时达到最大;而合光波的衍射光强I_P+I_S是分裂为有一定空间间距的多峰分布,但多峰分布随入射线偏振光方位角的变化比较小.实验拍摄了He-Ne激光经Schmidt棱镜衍射后出射光强分布图.实验结果和理论分析一致性表明:Schmidt棱镜中的偏振效应和屋脊衍射效应导致了一束入射线偏振光分裂为有一定空间间距的多峰光束,严重破坏了Schmidt棱镜的传光特性.     

Determination of the amplitude and the phase of the elements of electric cross-spectral density matrix by spectral measurements

The amplitudes and the phases of the elements of electric cross-spectral density matrix are determined experimentally for a pair of points in the cross-section of an expanded laser beam. A modified version of the Young’s interferometer is used as an experimental tool, which separates the beams emerging from the double-slit widely and provides ease in insertion of polarizers and half wave rotators in individual beams. To determine these complex elements of the cross-spectral density matrix, the experimentally obtained values of the spectral densities at an off-axis point are put in the mathematical expressions derived by us using the spectral interference law. The four complex generalized Stokes parameters are also determined using the linear combinations of the matrix elements. This unique but simple experimental approach for determining both the two-point parameters might provide a means to investigate the polarization and the coherence properties of the random electromagnetic beams on propagation.     

Polarimetry of small bodies of the solar system with large telescopes

During the last 10 years, the FORS instrument of the ESO very large telescope was regularly used to obtain broadband linear polarization measurements of small bodies of the solar system. In particular, FORS was the first (and so far unique) instrument that allowed us to explore polarimetrically objects of the solar system other than planets, moons, asteroids, and active comets. From 2002 to 2010, more than 150 h of telescope time were allocated for the observations of Centaurs, trans-Neptunian objects, and cometary nuclei. With a R magnitude between 16 and 21, these targets are probably the faintest objects of the solar system ever observed in polarimetric mode. In addition to these objects, polarimetric measurements were obtained for asteroids, active comets, Mars, the Saturn moon Iapetus, and the Moon earthshine. Here we present a review of these measurements, from the strategies adopted for the observations to the observational results.