用晶体斜劈方法测量石英波片相位延迟的温度特性

介绍了一种基于晶体斜劈的偏振光相位延迟量的精密测量方法,并将该方法用于测量零级和多级石英波片相位延迟量的温度特性。该测量方法不受光源功率波动的影响,相位测量精度可以达到0.05°。相比于传统的测量方法,晶体斜劈方法在相位测量过程中无需调节光学元件,可以实时地测量相位变化,而且该方法可用于任意光学元件引入相位延迟的精确测量,或推广到不同的光学波段。     

用磁致旋光效应估测二维磁场分布

为了克服现有测量磁场方法只能单点测量的局限性,基于法拉第磁光效应原理,提出利用磁致旋光估测磁场的方法,提高了磁场测量的效率,获得了磁场的直观分布.建立磁致旋光估测磁场的实验装置,测量了永磁体的磁场,用CCD采集了偏振光通过磁场的图像,通过程序处理可获得磁铁产生的局部磁场二维分布图,并可求得二维分布图上任意点的磁感应强度.     

手性介质中后向散射米勒矩阵特性及其在血糖无创检测中的应用初探

利用斯托克斯-米勒矩阵表述分析偏振光在手性介质中的传输规律,利用瑞利近似下的单次散射模型和基于米氏散射理论的多次散射的蒙特卡罗方法,探讨葡萄糖对后向散射偏振光传输特性的影响,计算了不同葡萄糖浓度下的后向散射米勒矩阵. 结果表明在含有葡萄糖的手性介质中后向散射米勒矩阵的若干矩阵元表现出微弱的旋光效应,旋光度随葡萄糖浓度增大而增大. 为了检测低浓度下微小的旋光变化,定义了函数对含-不含葡萄糖的米勒矩阵元图像进行处理,提取由葡萄糖引入的图像差异. 结合无创血糖检测应用要求,分析了葡萄糖生理浓度下的矩阵元图像,获 关键词： 医用光学与生物技术 偏振光 斯托克斯-米勒表述 蒙特卡罗模拟     

基于MATLAB的矢量光束聚焦光场仿真

偏振是光的基本属性之一,也是光学课程教学中的重点内容。但由于课时限制等原因,光学课程对于光的偏振介绍比较简单,内容也局限于老旧内容。随着光学的发展,矢量偏振光束由于其独特的特性已经被广泛的研究和应用,因此,在光学课程中引入偏振发展的前沿知识,有助于学生探索新的光学发展领域,从而激发他们的学习兴趣,为推动教研融合作出积极贡献。本文以矢量偏振光束通过高数值孔径物镜的衍射为例,基于矢量衍射理论和MATLAB模拟仿真展示偏振态对光场传播过程和聚焦光场的影响。首先根据矢量衍射理论推导了聚焦场分布积分表示;然后借助MATLAB仿真给出了矢量偏振光束入射情况下聚焦光场分布;最后通过与常见的线偏振光和圆偏振光对比,对矢量偏振光束聚焦场分布进行了分析和总结。     

初级球差对椭圆偏振涡旋光束深聚焦场的影响

研究了椭圆偏振涡旋光束经过具有初级球差的高数值孔径透镜的聚焦特性。基于德拜矢量积分理论,获得了椭圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束经过具有初级球差的高数值孔径透镜后的复振幅的分布函数,根据数值模拟的结果,分析了不同的初级球差系数对右旋椭圆偏振光束和左旋椭圆偏振光束聚焦场光强分布和相位分布的影响。结果表明,随着初级球差系数的增加,椭圆偏振涡旋光束的强度会变小,空心的尺寸会变大;右旋椭圆偏振光纵向分量的相位分布呈现螺旋结构,而且右旋椭圆偏振光和左旋椭圆偏振光的位错线半径会逐渐增大;会聚点逐渐偏离焦平面,纵向光场发生改变。     

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。     

一种适于小角度测量的旋光角度测量方法研究

通过对输出信号的分析,提出了一种适于小角度测量的旋光角度测量方法,此方法通过检测经过旋光物质并经法拉第磁光调制的信号与不加旋光物质而仅经法拉第磁光调制的信号的波形宽度来实现对旋光物质旋光角度的测量.同时,利用搭建的测试系统,配置不同浓度的白砂糖溶液进行了验证性实验.实验结果表明,旋光角度与溶液浓度之间成很好的线性关系,...     

基于旋转波片的斯托克斯参量检测与精度分析

用于偏振光学遥感器定标的参考光源,其偏振态的检测精度会直接影响偏振光学遥感器的定标精度,进而影响目标特性的反演水平。选用870 nm波段的水平线偏振光作为被测试的定标参考光源,通过旋转1/4波片(quarter-wave plate, QWP)对其光强进行调制。调制光强可表达为波片快轴旋转角度的傅里叶级数,采用傅里叶变换法反演出级数的系数,根据该系数即可计算出被测试光源的Stokes参量。给出10次测量各参量及偏振度的平均值、标准偏差、合成不确定度以及测量平均值与理论值的相对偏差。为提高测试精度,通过对波片快轴初始定位角度偏差Δα、延迟量偏差Δδ与检偏器透光轴角度偏差Δβ进行分析,提出了偏差修正模型。该模型通过Stokes参量检测偏差随Δδ和Δβ的变化趋势及实际偏差值,确定Δδ和Δβ的大小。结合模拟出的波片快轴初始定位角度偏差Δα,对实验装置加以调整,再次对光源的偏振态进行检测。结果表明,基于该修正模型测得光源的各Stokes参量与理论值最大偏差从未经修正的3.77%降低至1.41%。证实了基于本实验的原理、装置、测量方法及所提出的偏差修正模型可有效提高定标参考光源偏振态检测的精度。     

近场分布式平面光源光强测试方法

对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究,基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像,分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法,最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型,基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布,完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比,所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好,在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下,所测得的光强相对误差小于8.38%,0°配光曲线匹配指数高达98.33%,验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。     

偏振光实验系统的趣味性改进

为了提高偏振光学内容的课堂辅助教学演示效果,对SGP-2A型偏振光实验系统进行轻量化和自动测量的改进,并重新设计了光源、接收模块和偏振光模化.改进后的系统既可实现数据测量与处理的自动化,还可演示偏振光补色、光弹效应、克尔效应和旋光效应等多个趣味性实验,从更多角度展示光的偏振特性,提升学生对偏振光学内容的学习效果.     

左手材料中圆偏振光束的反常旋转特性研究

根据Whittaker标量势理论,建立了圆偏振光束的矢量传输模型.基于这一模型研究了圆偏振光束在左手材料中的反常旋转特性.通过分析光束偏振态、衍射对强度质心旋转特性的影响,发现圆偏振光束在左手材料中旋转方向反转并揭示其旋转角等于古伊相.采用分析横向能流的方法,揭示左手材料中反向的横向能流是导致反常旋转特性的主要原因.对圆偏振光束在左手材料中反常旋转特性的研究,有利于增强对左手材料中光束传输特性的认识. 关键词： 左手材料 圆偏振光束 旋转特性     

A phase sensitive optical rotation measurement in a scattered chiral medium using a Zeeman laser

A novel circular polarized optical heterodyne interferometer using a Zeeman laser to measure optical rotation both in nonscattered and scattered chiral medium is proposed. A pair of correlated orthogonal circular polarized light waves of different temporal frequency propagating in the chiral medium at different speed is studied. This results in phase retardation between circular polarized light waves of which the phase difference is proportional to the optical rotation angle of a linear polarized light in a chiral medium. In the mean time, two orthogonal circular polarized light waves can be treated as a circular polarized photon pair that is able to reduce the scattering effect in a scattered chiral medium. Then the optical rotation angle can be measured in the scattering medium. In addition, a common-path configuration with respect to circular polarized light waves immune the background noise. This further improves the sensitivity on optical rotation measurement based on phase difference detection.     

High-damage-threshold static laser beam shaping using optically patterned liquid-crystal devices

Beam shaping of coherent laser beams is demonstrated using liquid crystal (LC) cells with optically patterned pixels. The twist angle of a nematic LC is locally set to either 0 or 90° by an alignment layer prepared via exposure to polarized UV light. The two distinct pixel types induce either no polarization rotation or a 90° polarization rotation, respectively, on a linearly polarized optical field. An LC device placed between polarizers functions as a binary transmission beam shaper with a highly improved damage threshold compared to metal beam shapers. Using a coumarin-based photoalignment layer, various devices have been fabricated and tested, with a measured single-shot nanosecond damage threshold higher than 30?J/cm2.     

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。     

Generation of spirally polarized propagation-invariant beam using fiber microaxicon

We present here a fiber microaxicon (MA)based method to generate spirally polarized propagation-invariant optical beam. MA chemically etched in the tip of a two-mode fiber efficiently converts the generic cylindrically polarized vortex fiber mode into a spirally polarized propagation-invariant (Bessel-type) beam via radial dependence of polarization rotation angle. The combined roles of helico-conical phase and nonparaxial propagation in the generation and characteristics of the output beam from the fiber MA are discussed.     

双折射双频激光器输出光偏振特性的实验研究

报道了双折射双频激光器输出光偏振特性的实验研究，实验发现双折射双频激光器两端输出的线偏振光的偏振方向并不一致，而相互有一定的旋转角度，实验也再次证明了激光器输出的是正交线偏振光，而不是晶体本征模的椭圆化了的偏振光。     

法拉第调制技术在微小旋转角检测中的应用

在外磁场中的碱金属原子蒸汽在光泵浦的作用下变成非线性介质,线偏振光经过这种介质时会变成椭圆偏振光,且椭偏光的主轴相对于入射偏振光的偏振面会产生一个微小的旋转。分析了碱金属原子能级结构和在光泵浦下产生的二向色性及其对探测偏振激光的偏振面旋转情况,并介绍了法拉第调制技术对这种旋转的测量方法,得到探测光强与旋转角的关系表达式,可以实现10^-7 rad量级的小角度检测。     

相位板偏振偏转角对径向偏振光的梯度力分布的影响

研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。     

相位板偏振偏转角对径向偏振光的梯度力分布的影响

 研究了同心分区偏振偏转相位板对径向偏振光梯度力的调制效应。给出了相位板各部分偏振偏转角不同时,光学梯度力的分布情况。模拟结果表明:随着同心分区相位板各部分的半径和偏振旋转角的改变,光学梯度力方向及大小明显变化,且会产生许多可控的梯度力分布模式,可应用于微粒的收集、分离和合并。结果显示同心分区相位板对径向偏振光的调制可以用来生成可调光镊。     

Focus shaping of cylindrically polarized vortex beams by a high numerical-aperture lens

The focus-shaping technique of a cylindrically polarized vortex beam by a high numerical-aperture lens is reported. Such a polarized vortex beam is decomposed into radial and azimuthal polarization. It is shown that the total intensity distribution in the focal region is dependent not only on the numerical-aperture maximal angle and the polarization rotation angle but also on the topological charge. By choosing the proper combination of parameters, the adjustably confined flat-topped focus and focal hole can be obtained. The focus-shaping technique may find wide applications, such as optical tweezers, laser printing and material processing.