基于互补型偏振控制板的多光束叠加特性研究

为满足惯性约束聚变对靶面光场辐照特性的要求,提出利用互补型偏振控制板改变光束内部偏振态,实现多光束消偏振叠加,进而改善聚焦光场均匀性的方案.建立了光束通过互补型偏振控制板进行变换的物理模型,理论分析了互补型偏振控制板影响聚焦光斑偏振特性的原因,比较了互补型偏振控制板与非互补型偏振控制板对聚焦光斑偏振特性及均匀性的影响,并进一步讨论了偏振控制板单元数的选取问题.结果表明:多光束通过互补型偏振控制板后,聚焦光场不再是单一偏振光,而是各类部分偏振光的随机混合;与其他类型双块偏振控制板相比,互补型偏振控制板能实现聚焦光斑的消偏振叠加且效果最佳,使光斑偏振度下降至0.2以下,并能有效地改善光斑的强度均匀性.采用互补型偏振控制板时,单元数对聚焦光斑偏振特性影响不大,但对强度均匀性则存在一定程度的影响,因而在实际工作中应根据应用需求合理选取单元数.     

一种高精度偏振遥感探测方式的精度分析

检偏器的角度误差是影响偏振遥感探测精度的重要因素之一,是许多高精度定量化偏振遥感需要考虑的一个问题。在检偏器(0°,60°,120°)放置的测量系统中,当入射光偏振角接近于0°或180°时偏振测量易产生最大误差值,而偏振角接近30°,90°和150°时,偏振度的测量具有很高的精度;在检偏器(0°,45°,90°)放置方式中,偏振角接近45°的光束测量易具有最大误差值,而偏振角接近于0°,90°和135°时,角度误差对偏振度测量精度的影响很小。除了个别偏振角外,对高偏振度入射光束的偏振测量通常具有较大的偏振测量误差。因此,引进线偏振光的平均偏振度测量精度描述偏振测量装置的优劣,结果表明检偏器(0°,60°,120°)放置方式优于检偏器(0°,45°,90°)放置方式。     

低轨空间目标地基偏振成像系统偏振定标方法

针对地基大口径望远镜的机上自适应光学系统构建的低轨空间目标偏振成像系统,提出一种基于非偏振标准星和机上起偏装置的宽带偏振定标方法。该方法以非偏振标准星作为光源,并在望远镜系统的一次像面处加入起偏装置对入射光的偏振态进行调制,再结合基于非线性最小二乘拟合的偏振定标方法分两步对整个偏振成像系统进行宽带偏振定标。为验证该偏振定标方法的效果,利用Matlab软件基于相干矩阵和偏振追迹构建了相应的模型进行仿真分析,仿真结果表明该偏振定标方法可以有效减小望远镜系统偏振效应对偏振探测准确性的影响,并且偏振定标元件的初始角度误差在±5°范围内时对偏振定标准确性的影响极小。     

偏振稳定控制下的量子密钥分发

由于长距离单模光纤传输中存在的双折射效应会引起偏振随机抖动，光纤中利用偏振编码进行量子密钥分发一直难以实现.利用光子计数分析光纤中的偏振变化情况，并通过反馈控制的方式补偿偏振变化，从而实现了基于BB84协议的偏振编码长时间稳定的量子密钥分发实验，传输距离为100km. 关键词： 量子密钥分发 偏振反馈控制 单光子探测 偏振随机抖动     

Modeling and simulation of polarization errors in Sagnac fiber optic current sensor

Sagnac fiber optic current sensor (S-FOCS) is a kind of optical interferometer based on Sagnac structure, optical polarization states of sensing light wave in Sagnac fiber optic current sensor are limited. However, several factors induce optical polarization error, and non-ideal polarized light waves cause the interference signal crosstalk in sensor, including polarizer, quarter-wave retarder, splice angular, birefringence and so on. With these errors, linearly polarized light wave in PM fiber and circularly polarized light wave in sensing fiber become elliptically polarized light wave, then, nonreciprocal phase shift induced by magnetic field of the current is interrupted by wrong polarization state. To clarify characteristics of optical polarization error in fiber optic current sensor, we analyze the evolution process of random optical polarization state, linear optical polarization state and circular optical polarization state in Sagnac fiber optic current sensor by using Poincare sphere, then, build optical polarization error models by using Jones matrix. Based on models of polarization state in Sagnac fiber optic current sensor, we investigate the influence of several main error factors on optical polarization error characteristics theoretically, including extinction ratio in polarizer, phase delay in quarter-wave retarder, splice angular between quarter-wave retarder and polarization maintaining fiber. Finally, we simulate and quantify nonreciprocal phase shift to be detected in fiber optic current sensor related with optical polarization errors. In the end, we demonstrate S-FOCS in test. The results show that transfer matrix errors are induced by inaccurate polarization properties during polarization state conversion, then, the stability and accuracy of the S-FOCS are affected, and it is important to control the polarization properties at each step of the polarization state conversion precisely.     

偏振度作为反馈信号进行偏振模色散补偿的研究

对40Gb／s光纤通信中归零码和非归零码光脉冲的偏振度随二阶偏振模色散的变化规律进行了数值模拟,结果表明由于二阶偏振模色散的影响,偏振度的变化趋势呈现出震荡性,二阶偏振模色散对归零码的偏振度要比非归零码的偏振度影响明显;同时搭建了偏振模色散补偿系统,对系统进行数值模拟和实验所得到的结果都表明,以偏振度作为反馈信号,采用粒子群优化算法作搜索算法能够有效地对归零码和非归零码系统的一阶及高阶偏振模色散进行自适应补偿。     

Mathematical principle and characteristics of polarization transform

The precise definition of polarization transform is proposed from the viewpoint of polarization domain transform for the first time. The mathematical principle, characteristics and physical meanings of polarization transform are analyzed. Two typical kinds of polarization transforms which are called unitary matrix polarization transform (UMPT) and diagonal matrix polarization transform (DMPT) are put forward. The gain property and the change property of polarization state distance are presented in detail. Thereby, the concept of serial polarization transform is proposed. A general polarization transform can be realized by two steps: changing the location of polarization states in polarization domain by UMPT; and expanding or compressing the density of polarization states by DMPT. The result is meaningful to many applications including polarization filtering, detection, enhancement, anti-jamming, discrimination and so on. Supported in part by the National Excellent PhD Dissertations Fund of China (Grant No. 08100101), the New Century Excellent Talents Fund of China (Grant No. NCET-04-0997), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60672033) and the Excellent PhD Fund of National University of Defense Technology (Grant No. B070401)     

一种新颖的偏振不敏感的基于半导体光放大器的四波混频光波长转换方法

提出和论述了一种新颖的偏振不敏感的基于半导体光放大器的四波混频光波长转换方法。基本思想是设计和采用一种全光学偏振态转换器 ,理论上能将随机偏振态的输入信号光转换为固定偏振方向且功率基本不变的线偏振光 ,利用它控制信号光的偏振态能够克服四波混频过程所固有的偏振敏感性。将这种方法与正交偏振双抽运方法结合起来 ,能较简单地实现偏振不敏感且具有近似常数转换效率的宽带四波混频光波长转换     

双环掺铒光纤激光器混沌偏振控制方法研究

提出双环掺铒光纤激光器激光混沌的偏振耦合控制以及部分偏振控制方法,偏振耦合控制能控制耦合相互作用以控制激光混沌,部分偏振控制是控制部分偏振耦合效应以控制激光混沌.数值模拟了偏振耦合控制混沌和某一个环的部分偏振控制混沌,它们都能实现把双环掺铒光纤激光器激光混沌控制到稳定态和周期态上;通过实时调控光的偏振方向,这两种混沌控制方法都能实时地、动态地、有效地控制激光混沌进入到稳定态和周期态上.     

偏振成像探测技术发展现状及关键技术

考虑偏振成像探测技术在目标探测中具有独特优势,本文介绍了偏振成像探测技术的概念,概括了国外偏振成像探测技术的研究历程和发展现状。基于上述描述,针对偏振成像探测的关键技术进行了深入的讨论,包括目标偏振特性、信道环境下的偏振传输特性和偏振成像目标全偏振图像的获取等。最后总结了该研究领域存在的主要问题,归纳了偏振成像探测技术的发展趋势。     

The impact of signal–noise ratio on degree of linear polarization measurement

The radiometric measurement is the basics of polarimetric measurement. This paper presents a simple approach for estimating the degree of linear polarization errors caused by the radiometric measurement uncertainty. According to the measurement principle of polarization CCD camera, we deduce the relation of the degree of linear polarization error to the signal–noise ratio and the polarization state (polarization angle or degree of linear polarization) of the incident light. It clearly shows that polarimetric accuracy of polarization CCD camera could deteriorate due to the low signal–noise ratio; The degree of linear polarization error has also been influenced by the polarization state of the incident light except the signal–noise ratio, and the large degree of linear polarization of the incident beams often contribute to the bigger measured degree of linear polarization errors for a fixed signal–noise ratio.     

偏振对飞秒激光辐照LiF晶体的影响

飞秒激光聚焦到LiF晶体内部, 晶体的加工形貌随偏振改变. 实验表明, 偏振方向平行于<110> 晶向时, 加工起点到表面的距离是<100>偏振下的1.08 倍; 而<110>偏振下加工终点到表面的距离是<100> 偏振下的1.01 倍. 为了解释加工形貌的偏振依赖, 建立了逆韧致辐射、雪崩电离和无辐射跃迁的模型, 首先, 价带电子通过强场电离和雪崩电离, 从激光中吸收能量跃迁到导带, 该过程用电子密度演化方程和傍轴非线性薛定谔方程描述, 求解方程得到导带电子密度; 其次, 导带电子通过无辐射跃迁过程释放能量给晶格, 由能量守恒计算出晶格温度沿激光传播方向的分布; 最后, 晶格温度超过熔点以上的区域被加工. 模拟结果显示, <110>偏振下加工起点到表面的距离是<100> 偏振下的1.03倍, 而<110>偏振下加工终点到表面的距离是<100>偏振下的0.981 倍, 与实验结果基本一致. 虽然Z扫描技术测量的非线性折射率随偏振方向变化, 但是非线性折射率的变化趋势与实验结果相反. 模拟和实验证明逆韧致辐射导致加工形貌随偏振变化.     

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     

斜程湍流大气中部分相干艾里光束的偏振特性研究

偏振是激光通信中保密编码的重要参数,研究斜程湍流大气中的偏振特性对激光通信具有重要意义.利用广义惠? 更斯-菲涅尔原理和偏振-相干统一理论,推导了无衍射的部分相干艾里高斯光束在斜程湍流大气传输中的偏振度解析式,详细研究了湍流参数、相干长度、天顶角、截断因子和分布因子对偏振度的影响.研究结果表明:与水平湍流相比...     

基于Stokes矢量的实时偏振差分水下成像研究

偏振差分水下成像能够有效地克服光散射效应造成的图像退化问题, 在水下物体探测与识别领域具有重要应用价值. 传统的偏振差分方法靠光学检偏器的无规则机械转动来实现对散射背景的共模抑制, 限制了其在水下成像过程中的实时探测性能. 本文通过分析偏振差分探测原理来建立偏振差分成像模型, 从理论上提出了基于Stokes矢量的计算偏振差分水下实时成像系统, 并进行了实验验证. 研究结果表明, 基于Stokes矢量的计算偏振差分成像不仅与传统的偏振差分方法具有相同的水下探测效果, 更重要的是可以实现快速成像过程. 该方法可以应用到目前的偏振成像仪器系统, 实现无需人-机互动的自动化实时偏振差分水下成像, 进一步提高水下物体探测与识别的效率.     

水下物体激光圆偏振成象实验及与线偏振成象的比较

采用波长532nm激光作光源,面阵CCD作探测器,利用圆偏振技术进行水下物体成象实验研究,对实验结果进行了分析并与线偏振成象技术进行了比较。结果表明无论是采用圆偏振技术还是线偏振技术都可提高水下物体成象的衬比（度）和成象距离;水体较清时圆偏振成象清晰度远远大于线偏振成象清晰度;当水体较混时,圆偏振成象清晰度大大下降和线偏振成象效果相接近。     

基于偏振菲涅尔反射比分布的主动偏振成像目标辨别方法

由于偏振特性是材料自身所决定的物理特性,其偏振图像含有丰富的目标信息,利用偏振信息对目标进行识别一直是国内外目标探测领域的研究热点,而主动偏振成像较之被动偏振成像更具有信噪比高以及可控性好等优势。在详细分析了偏振菲涅尔反射比分布的理论基础上,提出了一种利用探测物体表面的偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像方法。该方法在发射端将偏振方向正交的两种偏振态的光源交替照射到目标场景中,在探测端用分别装有两个偏振方向垂直的偏振片的CCD采集偏振图像。同时,将探测端架构在不同的探测方向采集目标经主动光源照射后的偏振数据,最后将这些数据传输到计算中心,通过最优化拟合技术反演出不同目标的光学常数,由于不同目标的表面材质不同,其反映出的光学常数就不同,从而达到辨识不同材质目标的目的。实验分别采用了仿真数据和实测数据来验证该方法的有效性。仿真实验显示,所提出的方法利用材料的光学常数对不同材料进行区分不仅是科学的而且更方便有效。实测数据进一步验证了该方法能够较好的恢复出目标的相关光学常数,尤其在区分金属和非金属材料方面表现突出,并且探测方法结构简单实用,在目标探测、伪装识别等领域中有较大应用前景。     

基于SPGD算法的非保偏-保偏光自适应偏振转换

报道了一种基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的高消光比非保偏-保偏光自适应偏振转换系统。该系统利用偏振控制器对非保偏光的偏振分量进行直接控制,通过SPGD算法对输出的偏振消光比进行优化,最终实现了自适应的非保偏-保偏光的偏振转换。理论上,结合SPGD算法和偏振控制器的原理,对系统进行分析,建立了非保偏-保偏光自适应偏振转换的数学模型。实验上,利用该系统实现了非保偏到保偏光的转换,获得了14.1dB的线偏振光输出;并利用该系统将任意方向(0~360°)偏振态的线偏振光转换为期望偏振态的高消光比线偏光,其输出线偏光的平均消光比约为12dB。     

Transformation of the polarization structure of laser radiation in optical systems

A range of questions regarding the calculation of the spatial polarization structure of laser radiation in optical systems is considered. It is shown that polarization aberrations in such systems lead to a distortion of the initial polarization structure. Requirements for an optical system intended for the transmission of the polarization structure of laser radiation and methods for the compensation of polarization aberrations are discussed.     

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm~(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm~(-1)。