Instantaneous coherent polarization and coherent polarimetric spectra

The statistics of polarization in electromagnetic waves or target vector has been studied deeply, generally using Stokes parameters. Unfortunately, all the data-processing includes the assumption that the sampling data are independent of time, without a consideration of the time coherence of the polarization data, such as instantaneous Stokes parameters. In this paper, the definitions of the instantaneous coherent polarization function and polarimetric spectrum are presented for the first time, which shows the coherences of the instantaneous Stokes parameters in both time and frequency domain, even in spatial coherence. The new formula of definition can be extended to spatial propagation coherence, both in free space or any linear medium.     

关于椭圆偏振光的几点讨论

对椭圆偏振光在直角坐标系中的分解,椭圆偏振光的光强,椭圆偏振光经过偏振片的出射光强,以及椭圆偏振光的"瞬时光强"等几个问题做了讨论.     

高精度偏振依赖损耗自动测试系统

光学器件的偏振依赖损耗(PDL)是发展光纤通信必须克服的关键技术之一。该文介绍了一种新型的高精度偏振依赖损耗自动测试系统，系统中采用耦合器和监测功率计，实现了单次接入即可完成偏振依赖损耗的测量，消除了系统光功率稳定性对测试结果的影响。在同一系统中，可实现多种方法测试偏振依赖损耗，采用偏振控制器的延迟补偿技术实现了全波段内的偏振依赖损耗高精度测试。系统工作波长范围为1200～1600nm，偏振依赖损耗测量范围0～5dB，测量不确定度高达0.005dB+PDL×4％，可满足各种光学器件偏振依赖损耗测试需要。     

一种光谱偏振成像系统设计及应用

为了获取目标和背景的偏振信息,提高地面目标识别的准确度,提出一种光谱偏振成像探测系统。该系统采用旋转偏振片的方式对入射光的偏振状态进行调制,通过旋转滤光片进行光谱选择,从而实现光谱偏振成像探测。通过对该系统偏振度的探测精度进行实验测试,结果表明,所设计的光谱偏振成像探测系统达到4%的探测精度。利用该系统对地物背景中的迷彩伪装板进行了探测实验,分析所得的偏振度图像发现,目标在背景中较为明显,与草地及土壤背景区域偏振度的差值分别达到0.292和0.283。     

多功能太赫兹超表面偏振控制器

本文提出了一种“金属栅-开口环/硅环-金属栅”结构的透射式超表面偏振控制器, 研究了入射角度和抽运光对该器件传输及偏振态控制性能的影响. 研究结果表明, 当线偏振太赫兹波垂直入射时, 可对0.39-1.11 THz频段的太赫兹波实现偏振方向90°旋转, 偏振旋转效率为99%, 损耗为1 dB. 对于斜入射的情况, 偏振转换性能在0-60°范围内基本保持不变, 且透过率达到90%以上. 同时, 通过调控抽运光强度的方式, 该器件能够实现对透射与反射太赫兹光束的强度调制, 调制深度均达到90%, 且可以实现太赫兹波偏振分束功能. 该器件可以作为未来太赫兹空间光通信和信息处理的宽带、角度不敏感、可调谐的偏振转换器和分束器.     

偏分复用系统中偏振模色散补偿与偏分解复用一体化方案

本文建立了偏分复用系统中偏振模色散与信号偏振态变化引起信道串扰的数学模型, 分析了偏振模色散对偏分复用信道射频功率的影响, 并提出了适用于偏分复用系统的光域偏振模色散补偿与偏分解复用同时进行的方案: 用信道的射频功率作为反馈控制信号, 监测链路中偏振模色散和偏振态变化引起的信道串扰的大小, 用改进的粒子群优化算法对偏振控制器进行自适应控制, 同时完成偏振模色散补偿与偏分解复用. 在112 Gb/s偏分复用-差分正交相移键控(PDM-DQPSK)传输系统中仿真验证了该方案的有效性. 结果表明该方案可以使112 Gb/s-PDM-DQPSK传输系统完成自适应偏分解复用的同时, 在1 dB的光信噪比代价下, 使系统对偏振模色散的容忍度提高20 ps. 关键词： 偏分复用系统 信道串扰 偏振模色散 偏分解复用     

一种测量散射光偏振度的新方法

利用二氧化硅微粒样品作散射粒子场,寻求测量散射光偏振度的新方法。实验结果表明,用线偏振光分两次测量的偏振叠加法,比传统用自然光入射,偏振片作检偏器测量偏振度的方法更优越,不但节省了测量成本,而且提高了测量的范围。     

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)     

Momentum-space polarization fields in two-dimensional photonic-crystal slabs: Physics and applications

In addition to non-radiative guided modes, two-dimensional photonic-crystal slabs support guided resonant ones which can radiate into free space. From the polarization states of these guided resonances, a polarization field on a photonic band can be constructed in momentum space. Momentum-space polarization fields display complicated configurations and patterns with different types of polarization singularities inside, shedding new light on the manipulations of light flows. In this review, we summarize the recent research progress on momentum-space polarization fields and singularities in two-dimensional photonic-crystal slabs, focusing on their unique optical properties and potential applications as well.     

光纤偏振模色散对信号偏振度的影响

采用一种简化的线路传输模型，详细讨论了在高速光纤通信系统中，线路偏振模色散（PMD ），尤其是二阶PMD、输入信号偏振态等对信号偏振度（DOP）的影响，并指出以信号DOP做 反馈控制信号适合于一阶PMD优化补偿系统，但在较大二阶PMD的影响下，将增加控制算法的 复杂性，使系统可能陷入局部最优解. 关键词： 信号偏振度 偏振模色散 信号偏振态     

基于光偏振旋转效应的碱金属气室原子极化率测量方法及影响因素分析

利用原子自旋效应能够实现超高灵敏度的惯性和磁场测量。一类操控原子自旋处于无自旋交换弛豫态的器件可以进行物理参数测量。碱金属气室为该类器件的敏感表头。碱金属原子密度与原子极化率是碱金属气室的重要参数,对研究原子自旋处于无自旋交换弛豫态有着重要的作用。光的偏振效应在量子计算和原子物理研究中发挥了重要作用。利用光的偏振效应能够实现对碱金属原子密度与原子极化率的检测。提出一种基于光偏振旋转效应的碱金属原子极化率测量方法。首先对碱金属气室加恒定磁场,利用激光作为检测光,根据光偏振旋转原理,检测通过气室的偏振光的法拉第旋转角,得到碱金属气室原子密度。然后将碱金属原子抽运,利用激光作为检测光,检测通过气室的偏振光的偏转角,得到碱金属原子极化率。该方法在测量原子极化率的过程中也测量了碱金属原子密度,实现利用一套系统测量两个重要参数,具有快速测量和高灵敏度等特点,简化了实验设备及过程。对两种偏转角进行仿真分析,得到该方法实验时检测激光波长变化对偏转角的影响,根据仿真图得到检测激光波长的可取范围,验证了该方法的可行性。最后分析激光器波长波动与磁场波动对其测量精度的影响,提出实验对激光器与磁场的要求。     

涡旋光束在反射中的正交偏振特性研究

本文从角谱理论出发建立了涡旋光束在空气-玻璃界面反射时的傍轴传输模型, 并研究了反射过程中诱导产生的正交偏振效应. 当一水平偏振涡旋光束以不同角度入射时, 反射光束的正交偏振分量呈现出类似于一阶厄米-高斯模式的双峰强度分布, 而水平偏振分量强度分布呈现与入射光束相似的分布, 且只在布儒斯特角附近入射时才现出与正交偏振分量垂直的双峰分布. 对于任意线偏振入射光, 其正交偏振分量的偏振方向不再垂直于入射时的偏振方向, 而是与反射光束的中心波矢垂直, 此时正交偏振分量出现有趣的旋转特性, 其物理原因归结于任意线偏振光入射时所对应的水平与垂直偏振分量的反射系数不同. 最后进行了相关实验验证, 发现实验结果与理论分析符合得较好. 关键词： 正交偏振 涡旋光束 任意线偏振     

Flexible Manipulation of the Polarization Conversions in a Structured Vector Field in Free Space

The conversion between different polarizations generally requires an optical element or an optical system. We demonstrate, theoretically and experimentally, that the conversion between different states of polarization (SoP) can be flexibly manipulated in a structured optical field by itself. During the structured optical field propagation in free space, any two orthogonal polarizations can be generated and auto‐focus at any desired propagation positions by purposely designing the initial SoP distribution and a caustic phase in the field cross‐section. The experiment arrangement combines a caustic‐based approach and a 4f optical system. This approach provides a way to flexibly manipulate the polarization conversions in free space propagation by the optical field itself (without any physical element along the propagation path), may lead to more complex and flexible vectorial manipulations of an optical field scenarios and potential applications in corresponding areas.     

一种基于新型偏振干涉成像光谱仪的目标偏振信息探测新方法

提出了一种采用基于视场补偿型Savart偏光镜的新型偏振干涉成像光谱仪对二维目标偏振信息进行空间遥感探测的新原理和新方法.在新型偏振干涉成像光谱仪光学系统不变的情况下,通过旋转偏振干涉仪分别测出了三个不同角度下像面上各像点的光强值,反演出了二维面目标的斯托克斯矢量,并给出了各像点偏振度和偏振方向的理论表达式.采用计算机模拟实验对该探测原理和方法进行了验证,所得结果与理论完全符合.从理论和实践上扩展了干涉成像光谱仪的探测功能,与目前国内外所研究的成像光谱仪相比,该成像光谱仪既能同时探测目标二维空间信息和一维光谱信息,又提供了一种获得目标偏振信息的手段和方法.     

The number of least degrees of freedom required for a polarization controller to transform any state of polarization to any other output covering the entire Poincaré sphere

Using two typical types of polarization controller, this paper analyses theoretically and experimentally the fact that it is necessary to adjust at least three instead of two waveplates in order to transform any state of polarization to any other output covering the entire Poincar\'{e} sphere. The experimental results are exactly in accordance with the theory discussed in this paper. It has corrected the conventional and inaccurate point of view that two waveplates of a polarization controller are adequate to complete the transformation of state of polarization.     

考虑探测器γ特性的光电偏振成像系统偏振信息重构方法

由于探测器响应的γ特性, 造成光电偏振成像中直接利用图像灰度重构的偏振信息与真实目标场景偏振信息的严重偏离, 基于重构偏振信息的后续定量化处理将完全失去意义. 为此, 提出了一种考虑探测器γ特性的光电偏振成像系统偏振信息重构方法, 分别针对分时和同时偏振成像模式分析了实现方法, 并设计进行了实际偏振成像实验. 实验数据表明: 探测器γ特性直接影响偏振成像系统重构的斯托克斯矢量和偏振度, γ值偏离1越大, 直接利用图像灰度重构的偏振度的重构误差也越大; 该偏振信息重构方法能够准确地重构出目标场景的斯托克斯矢量和偏振度信息, 为后续偏振成像的研究和定量应用奠定了理论基础.     

存在偏振相关损失条件下偏振模色散的特点

偏振模色散和偏振相关损失的联合作用，会产生不规则的色散现象，这一点不能直接通过琼斯距阵本征分析法的运用进行描述。由此引出了对偏振模色散和偏振相关损失共存条件下的研究。通过对琼斯本征分析法进行修正，来分析存在偏振相关损失条件下偏振模色散的特征距阵，理论分析表明，由于偏振相关损失的影响，即使在忽略差分损耗频率相关性的条件下，偏振模色散的特征距阵也会产生根本性的变化。     

星载光栅光谱仪消偏器性能研究

星载光栅光谱仪中的光栅有着强烈的偏振响应。为了保证光谱仪测定的光谱分布的准确性,必须在光辐射进入仪器光谱测量部分之前就消去光辐射的偏振。应用矩阵光学推导出了这种紫外石英消偏器的残余偏振度,并得到影响其消偏性能的几个因素。建立了一套测试系统,在300-360nm波段上对其消偏性能进行了研究,得出入射光经过紫外石英消偏器后的残余偏振度变化范围1.2%-5.7%。与理论推导有较好的一致性。并按照国际通用不确定度评估规范,对测量结果进行不确定度分析和评估,组合不确定度小于1.8%。     

Probing proton spin structure through hadronic reactions

Inclusive and semi-inclusive photon producing polarized proton reactions have been employed to probe the spin structure of the proton. Combinations of cross-sections are suggested which may measure valence quarks polarization and gluon polarization in the proton separately. The general formalism is used to predict numerical results using a model of spin structure based on Altarelli-Parisi equations.     

Clover探测器的极化测量

介绍了利用Colver探测器测量γ射线的线性极化方法. 用⁶⁰Co源对其进行测试, 有效地测量了γ射线的电磁属性, 从而确定了能级的宇称.