部分相干刃型位错光束的谱Stokes奇点

利用交叉谱密度函数的传输公式,推导出部分相干刃型位错光束在自由空间中传输的解析表达式.结合谱Stokes参数,详细讨论了其Stokes场的奇点变化规律.结果表明,部分相干刃型位错光束在自由空间传输过程中存在谱s12,s23和s31奇点.改变刃型位错的离轴量、斜率、空间相关长度等光束参数以及随着传输距离的变化,会有谱Stokes奇点的移动、产生和湮没,也会有V点的产生和C点旋性的反转.     

部分相干电磁光束的光谱交叉偏振度

基于光谱交叉偏振度新理论,研究了部分相干光束在传输过程中光谱交叉偏振度的变化情况.采用相干偏振统一理论和广义惠更斯-菲涅耳原理,推导部分相干电磁高斯-谢尔模型光束在自由空间传输时任意空间两点的交叉谱密度矩阵的解析式.研究表明,光谱交叉偏振度的值不再仅仅局限在0～1之间,而是可为任意的非负值.传输场中的光谱交叉偏振度与光源相关参量,初始偏振度和传输距离紧密相关.当光束经过足够长的传输距离后,轴上光谱交叉偏振度不再发生变化,而是趋向一个稳定值.保持光谱交叉偏振度不变的条件与一般偏振度相同.     

部分相干涡旋光束形成的相干涡旋特性研究

推导出部分相干涡旋平顶光束的传输解析公式,并用以研究了聚焦场和自由空间中部分相干涡旋光束形成相干涡旋的特性.结果表明,相干涡旋与光束阶数N,空间相干参数α和参考点位置(x1,y1)有关.依赖于参考点的选择,光谱相干度可能存在零值点,也可能没有零值点.特别是,若选取x1=y1=0,光谱相干度零值点处的位相可以是确定的,因而不存在相干涡旋.     

部分相干涡旋光束叠加场中的合成相干涡旋及其动态传输

对由两束平行、离轴部分相干平顶涡旋光束叠加形成的合成相干涡旋做了详细研究.结果表明:合成相干涡旋的数目和位置与光束阶数、相对离轴距离、相干参数以及相对传输距离有关.在部分相干范畴内“隐藏”的合成相干涡旋对应于完全相干范畴中的合成光涡旋.并且证明在相干极限下合成相干涡旋就演化为合成光涡旋. 关键词： 相关奇点光学 合成相干涡旋 部分相干平顶光束 离轴合成     

随机电磁光束经像散透镜后磁场的光谱Stokes奇点

利用交叉谱密度函数的传输公式,以部分相干刃型位错光束为例,推导出随机电磁光束磁场通过像散透镜传输后的解析表达式.使用光谱Stokes参数,详细讨论了光谱Stokes场的奇点变化规律.结果表明,随机电磁光束磁场通过透镜后的传输过程中,存在光谱s12,s23和s31奇点.改变刃型位错的离轴量、斜率、空间相关长度等光束参数以及随着传输距离的变化,会有磁场光谱Stokes奇点的移动、产生和湮没,也会有V点的产生和C点旋向性的反转.此外,还与电场的光谱Stokes奇点做了比较.     

光子增减叠加相干态在热环境中的退相干

研究了由光子增减叠加操作作用于相干态而得量子态的非经典性及其在热环境中的退相干问题.通过解析导出了Mandel's Q参数、光子数分布、Wigner函数等,讨论其非经典性.研究表明一阶光子增减相干叠加相干态在相空间总是取负值,只要满足条件∣2z* +α-α*∣2＜1.基于Wigner函数的演化积分公式,解析地推导出了在热环境中Wigner函数的简洁表达式.研究首次表明:如果κt＜1/2ln[(2(η)+2)/(2(η)+1)]得以满足,一阶光子增减相干叠加相干态在相空间最小值点处Wigner函数分布总存在负部.此外,根据Wigner函数负部体积讨论了其非经典特性.     

部分相干Airy光束在湍流大气中传输时的偏振特性

研究了部分相干Airy光束在湍流大气中传输时的偏振特性,偏振保持度作为衡量偏振传输效果的一个重要参数.结果表明:部分相干Airy光束在湍流大气中传输足够远时,其偏振度会变回到初始值;而在自由空间中传输,光束的偏振度会保持在某一个特定值;在湍流大气中,当光束传输距离不是很远时,光束对称轴上的偏振度分布为Airy函数,但是当传输足够远时,该偏振度分布逐渐趋向于类高斯状;光束的束腰半径越大,相干长度越长,越有利于光束传输后偏振的保持;存在一个指数截断因子,使得光束的偏振保持度很差.这些结论对于Airy光束在通信领域中的应用具有重要的意义.     

激光场相干叠加光束合成技术

光束拼接激光相干合成中,拼接占空比不高导致合成光束能量集中度不够理想,为了解决这个问题,提出了激光场相干叠加光束合成技术路线,设计了基于半反半透合束镜的多级激光场相干叠加光束合成方案。研究了子光束之间的光强差和波面误差对相干合成的影响,结果表明,激光场相干叠加光束合成中,对参与合成子光束的光强差、相位差的容差均不难满足:仅考虑单一因素时,子束光强相差三倍时合成效率仍可达90%,相位误差小于π/5时,合成效率可达到90.5%。搭建了基于半透半反合束镜的两束激光场相干叠加光束合成实验装置,实验验证了激光场相干叠加光束合成技术的可行性,在闭环情况下得到了稳定的合成光束输出,合成效率可达95%以上。     

非均匀部分相干光束在自由空间中的传输

本文介绍了非均匀部分相干光束的概念, 并用数值模拟的方法详细研究了其在自由空间传输后的变化. 研究结果表明, 经过自由空间传输后非均匀部分相干光束会发生不同于传统相干模型光束的显著变化. 这种变化和光束传输距离、光源空间相干度分布、光源光强分布密切相关. 经过传输后, 源平面自相干附近点的空间相干度发生突变, 在短距离传输过程中源平面高相干区域的空间相干度会降低, 接收面各点的空间相干曲线不再相同, 随着传输距离增加, 非均匀空间相干度会逐渐趋于均匀.     

高斯涡旋光束在自由空间传输中电场和磁场的偏振奇点

利用矢量菲涅尔衍射积分公式, 以高斯涡旋光束为例, 推导出傍轴高斯涡旋光束在自由空间传输过程中电场分量和磁场分量的解析表达式, 详细研究了自由空间中电场和磁场的偏振奇点变化规律. 结果表明, 高斯涡旋光束在自由空间传输中, 存在二维和三维电场和磁场的偏振奇点, 其位置一般不重合. 改变光束束腰宽度比、 振幅比以及传输距离, 偏振奇点出现移动. 在二维电场和磁场中, 当满足一定条件时, 会有V点产生.     

Laser goniophotometric stokes polarimeter

An automated Stokes polarimeter of the dynamic type is created to measure the polarization characteristics of radiation emitted, reflected, and scattered by objects at different angles to a surface. An analysis of the versions of processing of measurement resuls has shown that the dependence of a random error in determination of the parameters on the number of positions N of a quarter-wave plate, at which the radiation intensity is measured, is of a similar nature as the dependence on the number of independent measurements of the same quantity . B. I. Stepanov Institute of Physics, National Academy of Sciences of Belarus, 68 Skorina Ave., Minsk., 220072, Belarus, e-mail: tsaruk@dragon.bas-net.by. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 66, No. 6, pp. 869–874, November–December, 1999.     

在与原子相互作用中光偏振态的量子描述及其演化

应用偏振光的量子理论和斯托克斯算符研究了无克尔媒质和存在克尔媒质情况下，光在与原子相互作用过程中偏振态的演化.研究了偏振光中斯托克斯参量的涨落及其压缩的非经典行为.偏振椭圆、量子光学中的偏振度和斯托克斯参量的信噪比也得到了讨论.结果表明斯托克斯参量及其涨落在时间演化中呈现出被调制的振荡，这些振荡表现出间歇地崩塌和恢复.在与原子的相互作用过程中，光的偏振椭圆不随时间变化，但偏振度却随时间出现振荡.克尔媒质对这些振荡演化有很大影响. 关键词： 斯托克斯算符 斯托克斯参量 量子偏振态 量子涨落     

两个同心旋转球之间流动的谱方法

利用Stokes算子的特征函数作为基函数,用谱Galerkin方法对两个同心球之间的粘性不可压缩流动进行了研究,并作了数值模拟,并且利用谱方法得到了一个Lorenz型方程,分析了它的稳定性,证明了其吸引子的存在性。     

Allowance for the imperfection of optical elements and inaccuracy in the initial adjustment of the rotating phase plate in a stokes polarimeter

For a Stokes polarimeter with a rotating phase plate, formulas were obtained for calculating the polarization characteristics and their systematic errors caused by the departure of the anisotropy parameters of the optical elements used from ideal ones and also by the deflection of the initial position of the phase plate "fast" axis from the analyzer transmission axis. The manifestation of the mentioned factors in the systematic errors of determining the polarization characteristics of radiation of different forms of polarization is considered. The results of model calculations have been confirmed by experimental data. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 67, No. 3, pp. 382–386, May–June, 2000. This work was carried out with partial support from the Belarusian Foundation for Fundamental Research (project F97-184).     

基于声光滤光和液晶相位调谐的高光谱全偏振成像新技术

为了获取高光谱分辨率、高空间分辨率、高偏振精度、高信噪比和稳定性好的全部Stokes参量光谱图像, 考虑到声光可调谐滤光器(acousto-optical tunable filter, AOTF)的±1级衍射光的正交特性, 提出用一个AOTF滤光, 一个液晶可变延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)进行相位调制和两个CCD相机分别对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像新技术. 从所采用的光学元件的穆勒矩阵出发, 阐述了该技术的基本工作原理; 理论分析表明, LCVR不但不会影响到第一个Stokes参量的探测精度, 而且后3个Stokes参量的相对误差分别优于0.064%, 0.31%和3.97%; 利用原理样机获取了450–700 nm、光谱带宽为10 nm的26个光谱通道的图像数据, 成像质量良好; 以工作波长为600 nm的入射光为例, 对其全部Stokes参量图像进行了具体分析讨论. 结果表明, 该新技术原理正确, 方案可行. 该研究可为光谱偏振成像技术提供新的理论和实现方案.     

Stokes identification in an atomic ensemble using a filtering system

Polarization filtering and atomic cell filtering are applied in the identification of Stokes signals in an atomic ensemble, and reduce the noise to a level of 10^ - 5 and 10^ - 4 respectively. Good Stokes signals are then obtained. In this article the two filtering systems and the final Stokes output are presented, and the optimization of the polarization filtering system is highlighted.     

Efficient solutions to robust, semi-implicit discretizations of the immersed boundary method

The immersed boundary method is a versatile tool for the investigation of flow-structure interaction. In a large number of applications, the immersed boundaries or structures are very stiff and strong tangential forces on these interfaces induce a well-known, severe time-step restriction for explicit discretizations. This excessive stability constraint can be removed with fully implicit or suitable semi-implicit schemes but at a seemingly prohibitive computational cost. While economical alternatives have been proposed recently for some special cases, there is a practical need for a computationally efficient approach that can be applied more broadly. In this context, we revisit a robust semi-implicit discretization introduced by Peskin in the late 1970s which has received renewed attention recently. This discretization, in which the spreading and interpolation operators are lagged, leads to a linear system of equations for the interface configuration at the future time, when the interfacial force is linear. However, this linear system is large and dense and thus it is challenging to streamline its solution. Moreover, while the same linear system or one of similar structure could potentially be used in Newton-type iterations, nonlinear and highly stiff immersed structures pose additional challenges to iterative methods. In this work, we address these problems and propose cost-effective computational strategies for solving Peskin’s lagged-operators type of discretization. We do this by first constructing a sufficiently accurate approximation to the system’s matrix and we obtain a rigorous estimate for this approximation. This matrix is expeditiously computed by using a combination of pre-calculated values and interpolation. The availability of a matrix allows for more efficient matrix–vector products and facilitates the design of effective iterative schemes. We propose efficient iterative approaches to deal with both linear and nonlinear interfacial forces and simple or complex immersed structures with tethered or untethered points. One of these iterative approaches employs a splitting in which we first solve a linear problem for the interfacial force and then we use a nonlinear iteration to find the interface configuration corresponding to this force. We demonstrate that the proposed approach is several orders of magnitude more efficient than the standard explicit method. In addition to considering the standard elliptical drop test case, we show both the robustness and efficacy of the proposed methodology with a 2D model of a heart valve.     

光参量振荡伴生拉曼激光

利用调QNd∶YAG倍频激光泵浦KTP非线性晶体为介质的参量振荡器,产生了608.3nm~903.1nm宽带参量调谐激光,线宽1.4nm,光-光转换效率30%。当泵浦光增强到12mJ时,在参量激光谱线的近傍,长波方向出现了一条新谱线,与参量调谐激光谱线同步移动,谱线间隔随参量激光波长的增加而增加,两条谱线波数(能量)差(720cm-1)是一个定值,这是参量激光激发出斯托克斯拉曼激光典型特征。     

光学教学中的偏振度定义

分析了当前国内部分光学教材中对偏振度定义的歧义,指出依照电矢量在不同方向上的强度来定义偏振度的不完整性,并由此提出教学中的注意点．     

反斯托克斯荧光制冷的研究进展与综述

反斯托克斯荧光制冷 (Anti StokesFluorescentCooling)也被称为激光制冷 (LaserCooling)。自 1 995年以来 ,该项研究取得了飞速的发展。目前 ,人们利用激光制冷的方法已经得到了比家用冰箱冷冻室还低的温度 ,并能够利用半导体量子阱材料得到低于液氮温区的降温。由于这项技术具有全光性 ,它的制冷器具有体积小、重量轻、无电磁辐射、无振动、无噪声等特点 ,因此也就具有了非常诱人的应用前景和符合军事、空间、集成光学、微电子、医学等领域的特殊要求 ,而被国外研究者所重视。做为一项基本技术 ,激光制冷研究的突破必然会导致许多对温度有特殊要求的高技术实用化 ,推动那些领域向前发展。本文详细地介绍了反斯托克斯荧光制冷研究的历史和最新进展 ,详细地介绍了该项研究中的方法和理论。着重介绍了激光制冷的热力学限制、发光过程的热力学理论 ,探讨激光制冷产生的机制和制冷理论。最后 ,对激光制冷器的发展前景和设计依据进行了讨论 ,尝试性地探讨了线圈型制冷器、用于芯片的制冷器和单分子 光子泵型制冷器的应用考虑。