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.     

斜入射时波片相位延迟和偏振像差的精确公式

在激光技术和偏光显微镜中常常在斜入射状态下使用波片，本文提出了一个波片相位延迟和偏振像差的精确公式。这一公式对于精确计算波片的调谐曲线和偏光显微镜的偏振像差十分重要。计算表明只要适当选择晶体的方位角，波片的相位延迟和偏振光的椭圆率随入射角的改变能减少到最小。     

二元复合波片延迟相位方位效应探讨

在多级波片方位效应的基础上，探讨了复合波片的方位效应问题。通过对多级波片的设计与测量，论证了入射光方位是影响波片延迟量的关键因素。     

汉折射波片用于发散光束的偏振像差分析

本文利用光线追迹法,对双折射波片用于发散光束的偏振像差进行了分析,并以标准1/4波片为例,给出了小角入射时的近似处理方法.     

对交叉偏振波滤波器能量转化效率和频谱相位的研究

交叉偏振波(XPW)滤波是一种简单灵活的非线性滤波技术,可以极大地提高超短超强飞秒激光脉冲信噪比。介绍了XPW滤波器原理,通过数值模拟得到以下结论:输入光偏振方向与晶体的[100]轴的夹角β、相位调制(PM)、注入光强和晶体长度以及不同的空间光束分布都会影响XPW的能量转化效率。其中PM是造成能量转化过早饱和,导致最大转化效率降低的主要原因。同时注入光的初始二阶和三阶频谱相位会导致XPW脉冲形状畸变,谱宽窄化,中心频移,能量转化效率减小。为XPW非线性滤波装置能够有效地提高超强超短脉冲的信噪比提供了理论依据。     

波片对偏振激光干涉仪非线性误差的影响

利用琼斯矩阵理论,研究了基于偏振移相技术的激光干涉仪中1/4波片和1/2波片的非理想因素导致非线性误差的产生机理和变化规律.理论研究表明:在导致波片处于非理想状态的各个因素中,干涉仪中两个1/4波片的差模延迟角误差Δεq所产生的恒定偏置误差和接收装置中1/4波片的延迟角误差εq3所引起的一次谐波非线性误差,是组成干涉仪非线性误差的最主要的两个部分;波片各种误差源非理想因素导致的非线性误差在小误差情况下经线性叠加后由干涉仪最终输出.     

旋转波片偏振仪波片方位误差研究

旋转波片Stokes偏振仪是最常用的测量光束偏振态的仪器。波片快轴方位误差是影响旋转波片Stokes偏振仪的主要误差源之一。为了研究波片方位偏差对测量精度的影响,提出了一种描述波片快轴方位误差向最终的偏振测量误差传递的数学模型,并引入协方差矩阵法表征偏振测量误差。根据这一模型,获得最优的偏振仪配置参数。在推导过程中,假设波片方位误差服从同一高斯分布。基于此误差模型,得到如下结论：(1)由波片方位误差引入的测量误差与光强测量次数N成反比;(2)测量误差独立于入射光强度,但是依赖于入射光偏振态(s₁, s₂, s₃)和波片的位相延迟量δ;(3)波片位相延迟量在(103.22°, 116.13°)范围内时波片方位误差引入的测量误差最小。最后,经过仿真实验证明,所得解析结果与仿真模拟结果相一致。     

光相位延迟量的归一化偏振调制测量

基于偏振调制原理，利用分束器代替检偏器，并从琼斯矩阵出发引入一归一化参数表征待测延迟量，提出了一种新的测量相位延迟量的方法，测量误差可小于0．8％。     

四区域法消除偏振棱镜缺陷对波片相位延迟测量的影响

在起偏器-待测波片-检偏器系统基础卜提出一种四区域测量波片相位延迟量的方法.调整待测波片和检偏器的方位角,获得相应的四组光强值,通过线性运算得到待测波片的相位延迟量,完全消除了起偏器和检偏器不完全消光带来的误差.由于测量系统中不存在标准波片或其他相位调制元件,允许测量波长仅受偏振棱镜和探测器的限制,因此四区域法可适用于很大波长范围内的波片测量.以λ/4波片为例,理论分析了测量系统利用四区域测量法后的仪器误差为σφ≤士3.49065×10-3rad(约0.2°),精度比原算法提高约1个数量级.实验验证了四区域法能有效提高系统精度.     

外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的研究

本文建立了外加电场调制二维六角位相阵列光分束器的倒格矢理论模型, 利用数值模拟方法开展了阵列光分束器的理论研究, 对可调位相差阵列光分束器进行了分析, 得到了不同分数泰伯距离以及外加电场条件下的光强分布图. 实验设计与制备了铌酸锂二维六角位相阵列光分束器, 并对其进行了Talbot衍射光分束实验研究, 当外加电压为0.5 kV(电场为1 kV/mm)时, 观测到了Talbot衍射光分束现象, 随着外加调制电场的增大, 其衍射光分束图像越清晰, 该实验结果和理论研究结果相符.     

线性网络对光场量子态的变换

给出各种输入态和光学器件的数学表述，态包括单光子的空间和极化模，双光子的可分离态和纠缠态，光学器件有分束器，极化分束器，波片．用这种表述对一些重大实验的网络进行分析和计算，其中有Hadamard门的实现，M～Z干涉仪光路分析，Hong-0u—Mandel干涉仪，而且自然引入了Mandel新近名Optical Coherence and Quantum Optics中人为添加的因子，还有Teleportation实验中的Bell基的测量和一些自己设计的网络．并同时给出一些物理上的总结．     

Optimal design of sub-wavelength metal rectangular gratings for polarizing beam splitter based on effective medium theory

A novel optimal design of sub-wavelength metal rectangular gratings for the polarizing beam splitter (PBS) is proposed. The method is based on effective medium theory and the method of designing single layer antireflection coating. The polarization performance of PBS is discussed by rigorous couple-wave analysis (RCWA) method at a wavelength of 1550~nm. The result shows that sub-wavelength metal rectangular grating is characterized by a high reflectivity, like metal films for TE polarization, and high transmissivity, like dielectric films for TM polarization. The optimal design accords well with the results simulated by RCWA method.     

相位连续可调诱导下双艾里光束形成的可控方形光瓶

提出一种利用相位连续可调诱导产生的双艾里光束形成方形光瓶的方法。该方法首先利用二值化后的相位调制出双艾里光束,为了能够实现光瓶能量分布,一个可调控的线性因子被引入到相位调制函数中形成新改进的相位,该相位能够灵活地调节光瓶的大小。数值模拟结果表明高斯光束通过该改进相位调制,能够形成光瓶能量分布的光束。该方形光瓶光束可应用于光镊、原子捕获与操纵。     

相位连续可调诱导下双艾里光束形成的可控方形光瓶(英文)

提出一种利用相位连续可调诱导产生的双艾里光束形成方形光瓶的方法。该方法首先利用二值化后的相位调制出双艾里光束,为了能够实现光瓶能量分布,一个可调控的线性因子被引入到相位调制函数中形成新改进的相位,该相位能够灵活地调节光瓶的大小。数值模拟结果表明高斯光束通过该改进相位调制,能够形成光瓶能量分布的光束。该方形光瓶光束可应用于光镊、原子捕获与操纵。     

光孤子对的振幅比与相位差对传输的影响

利用分步傅里叶变换法分别求解含三阶色散效应和不考虑三阶色散情况下的光孤子非线性薛定谔（NLS）方程,通过数值求解发现三阶色散效应会使孤子对脉冲发生单边振荡,并在振荡侧逐级产生次脉冲。讨论孤子对的两束孤子脉冲之间的振幅比与相位差对传输的影响,发现在不考虑三阶色散的情况下,振幅比与相位差均对孤子对的传输有显著影响,在考虑三阶色散效应时,只有相位差对孤子对的传输产生影响,并可以导致脉冲能量转移。     

空间相位调制对强非局域空间光孤子的影响

利用空间相位调制技术和数值分析的方法，讨论了高斯光束在强非局域非线性平板波导中的传输问题，发现只要介质的响应具有对称性,光束就会有相同的演化规律，可控的空间相位调制参数不仅能让光束自偏转还能实现分束，其全新特性在全光开关及分光器上有潜在的应用价值. 关键词： 强非局域空间光孤子 空间相位调制 光偏转 光开关     

截断的有振幅调制和位相畸变光束的等效曲率半径

高功率激光通常具有振幅调制和相位畸变. 采用统计光学方法推导了截断的有振幅调制和位相畸变光束在大气湍流中传输 的等效曲率半径R的解析公式.研究表明:随着位相畸变参量、振幅调制参量和光 束截断参量的增大,光束在自由空间中的 R增大,但R受湍流的影响也会增大; 并且高斯光束在自由空间中的R最大, 但其受湍流影响也最大. 因此,在大气湍流中传输到足够远时, 截断的有振幅调制和位相畸变光束的R就要比高斯光束的大.特别地, 相对等效曲率半径R_r随传输距离为非单调变化, 存在一个最小值, 即在该位置处R受湍流的影响最大. 此外, 达到 R_r最小值所需传输距离随光束位相畸变和振幅调制的加剧而增大.     

无衍射特殊光束的产生与三维表征

无衍射光束(如贝塞尔光束、艾里光束)因具有无衍射、自愈合的特性, 在很多领域都有广泛的应用. 本文提出使用纯相位型空间光调制器对光场的复振幅进行调控, 从而可以产生多种复杂模式的无衍射光束, 如强度可独立调控的多个零阶贝塞尔光束, 两个高阶贝塞尔光束干涉生成的花瓣状无衍射光束, 具有多个主瓣的加速光束等特殊的无衍射光束. 通过在待测焦场附近放置一个平面反射镜, 使其沿光轴快速扫描光场, 并由数字相机同步拍摄反射回来的一系列二维光场强度分布信息, 可实现对无衍射光束三维光场强度分布的快速测量和表征. 本实验方法和技术可以快速产生各种复杂的特殊光场并获得其精确的三维可视化重建效果, 在光学显微、光学俘获、光学微加工等领域有潜在的应用价值.     

Fundamental limits on the losses of phase and amplitude optical actuators

Amplitude and phase are the basic properties of all wave phenomena; as far as optical waves are concerned, the ability to act on these variables is at the root of a wealth of switching devices. To quantify the performance of an optical switching device, an essential aspect is to determine the tradeoff between the insertion loss and the amplitude or phase modulation depth. Here it is shown that every optical switching device is subject to such a tradeoff, intrinsically connected to the dielectric response of the materials employed inside the switching element itself. This limit finds its roots in fundamental physics, as it directly derives from Maxwell's equations for linear dielectrics, and is hence applicable to a wide class of optical components. Furthermore, a result is that concepts such as filtering, resonance, and critical coupling could be of advantage in approaching the limit.