基于Stokes参量法测量矢量光束偏振态的方法

矢量光束的偏振态检测是矢量光束研究的关键技术。论文研究了基于Stokes参量法测量矢量光束偏振态的方法,介绍了该方法的基本原理和实现过程。基于猫眼腔激光器和马赫-曾德干涉仪生成了4种不同偏振态分布的轴对称线偏振矢量光束,并用Stokes参量法计算了生成光束的四个Stokes参量,以及光束每个像素点上的椭圆取向角和椭圆率角,得到了生成光束的偏振纯度。实验结果证明了Stokes参量法可有效实现矢量光束的偏振态检测。     

偏振光矢量的双复数表示

本文对新近发展的一种偏振光矢量的数学表示法－双复数表示法进行详细介绍，并给出了偏振光矢量通过各种偏振器件时的双复数变换公式。     

一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法

提出了一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法。根据Jones矩阵推导出了Stokes矢量与液晶盒参数的关系,其原理是通过确定经过液晶盒之后偏振光的偏振特性来求解液晶盒盒厚和扭曲角。该方法在测量一个Stokes矢量时,在液晶盒后依次放两种波片,目的是改变经过液晶盒后的光的偏振态,再置一偏振分光棱镜分开水平Ip和垂直Is线偏振分量,测得两组光强,根据公式算得该Stokes矢量,从而求解液晶盒盒厚以及扭曲角。实验中我们用该方法测量了不同盒厚、扭曲角度的TN液晶盒。实验结果证明该方法可行,结果准确,并且可以测量盒厚较小的液晶盒。最后,我们理论分析了实验误差。     

电控矢量涡旋光的偏振测试研究

为了研究电控相位延迟对矢量涡旋光偏振态的影响规律, 采用半波液晶可变延迟器和液晶q波片搭建了电控矢量涡旋光的全斯托克斯偏振测试实验装置, 进行了电控矢量涡旋光的斯托克斯参量传输特性的Muller矩阵分析和实验验证。通过对输入偏振光进行连续相位调控, 获得了其通过调谐q波片后的输出光束偏振态演变规律。结果表明, 电控相位延迟会改变角向和径向偏振光的局域偏振椭偏度, 且随电压变化呈线性关系, 同时偏振态演变会影响矢量涡旋光的输出光强。此研究对于探索电控矢量涡旋光的偏振转换有着重要的意义。     

一种基于偏振特性的水面溢油实验检测方法

水面溢油在反射与辐射过程中,表现出与其自身性质相关的偏振特性,这种与水面溢油性质相关的偏振特性可用Stokes矢量表示.以650 nm的线偏振激光为光源,在实验室用偏振分析仪测量了水面与油面反射时的stokes矢量.通过调节线偏振光的振动面与入射面的角度,实验发现水面与油面的stokes矢量在邦加球中的轨迹有明显的区别...     

基于电光调制器的全Stokes矢量的遥感测量

在利用光学方法测量参数的技术领域,偏振光的调制和检测具有重大的实用价值.但目前的偏振遥感主要是线偏振参数的测量,不是全Stokes矢量的测量.为实现全矢量图像的测量和显示,需要构建一种应用于遥感测量的全偏振图像采集、存储、计算和显示系统.整个全偏振测量装置的核心是一个包含液晶调制器的双CCD成像装置.系统通过对液晶调制器的控制,对入射光进行相位调制,偏振分光棱镜将调制后的光束分为强度相等的两束光(o光和e光),并由两个CCD进行图像的实时同步采集,最后由数字信号处理器(DSP)进行全Stokes参数的计算并输出结果图像.实验结果表明:全Stokes矢量图像包含更多的图像信息,在目标识别和其他图像测量的应用上将会发挥巨大的作用.     

强度调制法测量Stokes矢量元素谱原理研究

介绍了一种测量Stokes矢量元素谱的新方法.该方法通过在普通光谱仪的入射光路前端加上由两个延迟器和一个检偏器组成的调制器,只需一次测量即可解调得到目标的完整Stokes矢量元素谱,能有效解决传统偏振光谱信息获取方法存在的缺陷.给出了新方法实现完整Stokes矢量元素谱测量原理的数学推导,并用计算机数值模拟手段证明了该方法的可行性.     

液晶光谱偏振系统选偏器方位误差研究

为了分析液晶光谱偏振系统的方位误差并降低测量误差,提出了选偏器方位误差的分析方法。该方法基于Stokes矢量及Mueller矩阵,将偏振角的方位误差转化为Stokes矢量传递误差,推导了误差的协方差矩阵,分析了权重系数与延迟相位的变化关系,并对不同偏振态入射光条件下的品质因数变化进行了计算仿真。方位误差依赖于入射光Stokes参数与延迟相位,不同偏振态的入射光品质因数随延迟相位成抛物线变化。当延迟相位位于[60°,120°]区间内,选偏器的方位误差较小,测量误差较小适宜测量。通过对液晶偏振光谱系统配准误差的研究,获得误差来源,为进一步提高系统测量精度奠定了理论基础。     

用TS 算法实现三波片型PSG 的偏振态快速转换

设计了一种三波片型偏振态发生器(PSG),分析PSG 的结构特点,导出了Stokes 参量的变换关系。基于禁忌搜索(Tabu Search,TS)算法原理,提出了一种既能实现偏振态的快速变换又能降低晶体两端电压的控制算法。仿真结果表明,采用该控制算法,PSG 能够将输入的线偏光转换为任意偏振光,绝对精度可达0.07%。如果把Stokes 参量S2 和S3限定在Poincare 球的特定区域内,通过该控制算法可产生所需的偏振态并保证控制电压大小在120 V 以内。最后,通过实验验证该算法能够满足单光束连续变量相干光通信编码的需要。     

使用亚波长光栅器件产生圆柱型矢量光束

基于严格矢量衍射理论,分析了亚波长光栅将圆偏光转化为线偏光的机理。根据分析的结果提出了一种利用光栅空间分布控制出射光偏振态分布的方法,并使用该方法规设计了一类光栅区域呈多带环形分布的偏振器件。通过改变该型器件的环形光栅区域数量,可以得到不同的偏振光束。通过对出射光束使用Richards-Wolf矢量衍射法进行数值分析,得到了在大数值孔径条件下,聚焦光束在焦点附近的归一化光强分布。其中大多数出射光束的焦点光强分布为平顶光斑,光斑的最大径向半高全宽达到了1.541 。与同数值孔径下线偏光、径向偏振光及角向偏振光的聚焦光强分布具有明显区别。     

基于液晶器件的不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换

通常用混合阶庞加莱球的方法描述任意矢量涡旋光束，该方法可以使其偏振与相位演化的物理过程变得更加直观。目前，人们常用空间光调制器、超表面与螺旋相位板的组合、激光谐振腔等来产生矢量涡旋光束。然而，这些方法所产生的光束通常只限于特定的偏振态，且具有低损伤阈值、低转换效率和大结构尺寸等缺点，并且这些方法通常只能实现同一混合阶庞加莱球上的适量涡旋光束的产生与切换。本文提出了一种利用电控可调液晶q板和波片通过纯电控手段来实现两个不同阶混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的随意产生与切换。通过理论和实验对其结果进行验证，与预期仿真结果基本保持一致。此方法具有良好的电可控性、集成性好、转换效率高等优点，并且可以为结构化光束的应用提供基本的光学系统支持。     

径向矢量光场在双延迟器作用下的偏振演化

延迟器作为改变光信号偏振态的一种重要光学器件,具有高偏振变换精度、低成本、算法简单等特点,利用一个1/4波片和一个1/2波片组合可实现对径向矢量光场偏振调制的新方法,采用Jones矩阵算法分析了双波片的调制机理,将光场的偏振演化规律在庞加莱球上表示,并通过实验验证理论分析的正确性,研究结果表明:双延迟器结构可实现对径向矢量光场的复杂偏振调控,并获得光强均匀分布、偏振态有规律分布的矢量光束。     

偏振态纵向变化矢量光束研究进展(特邀)

立足于偏振态空域调控技术，矢量光束所特有的偏振态空间结构属性，使其在光学及其交叉学科领域表现出巨大的研究价值和应用潜力。以往的研究主要关注偏振态的横向空域调控，而纵向(传播)方向同样是重要的光场调控维度，偏振态纵向变化矢量光束的出现，拓展了矢量光束的调控维度，为光与物质的相互作用带来更多可能，引起了广泛关注。文中围绕着偏振态纵向空域调控技术的发展，介绍了基于纵向变化位相差和振幅差的偏振态纵向变化矢量光束生成理论，并总结归纳了利用相位调制和空间频谱滤波的两类实验生成方法。此外，文中还对偏振态纵向变化矢量光束目前存在的问题进行了讨论，并对其发展前景进行了展望。     

布卡尔球用于表示光偏振态的再研究

为了更形象直观地了解偏振光、偏振态等问题,利用坐标变换介绍了偏振光的另一表示形式—布卡尔球,对其性质作了深入讨论,并举例说明。对于解决偏振光通过偏光器件后的偏振态变化的问题,利用布卡尔球分析解决,较其它矢量分析法更具明确性直观性。     

基于瞬态Stokes子矢量的信号检测

研究了随机极化波中目标散射信号的检测问题。首先导出了正态随机极化波的瞬态Stokes子矢量概率分布密度的解析表达式，在此基础上，基于信号和背景噪声之间的瞬态Stokes子矢量统计特性差异，提出了一种基于瞬态Stokes子矢量的信号检测方法，仿真结果验证了该算法的有效性。     

偏振光干涉强度到椭圆偏振光电矢量的变换

在偏振光实验中,测量量是偏振光干涉光强分布,而最后要表示的是椭圆偏振光电矢量。研究了偏振 光干涉与椭圆偏振光电矢量之间的转换关系,解决了椭圆偏振光电矢量的测量问题。     

基于FLCM的太阳Stokes矢量偏振测量术

利用两个标准λ／2FLCM(铁电液晶调制器)提出了太阳Stokes矢量偏振测量术。在不同的调制相位间隔测量4次光强便可导出全部Stokes矢量。利用FLC容易实现高调制频率(几千Hz)。这种偏振测量术的测量装置没有机械运动部件，不能引起杂散光效应，与快速解调器相结合在可见光范围内测量精度非常高。理论分析与实验结果符合很好。     

矢量偏振光束产生新方法

为了解决现有矢量偏振光束(VPB)产生装置结构复杂、成本高等问题,提出了利用一种由多个线型偏振器件构成的同心圆环装置即显偏器(PAF)产生矢量偏振光束的新方法。基于显偏器的特殊结构特点,由LED光源输出的自然光束经显偏器,可产生角向偏振光束(APB),再经两个快轴成45°角的半波片可将角向偏振光束转换成径向偏振光束(RPB)。采用此方法获得的矢量偏振光束经线偏振片验证其光强分布情况,研究发现所得结果与已发表的实验结果相符,验证了该方法的有效性和实用性。     

基于Stokes矢量的双相机偏振成像系统

针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题,提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术,在液晶驱动控制器的作用下,驱动2个液晶可调相位延迟器(LCVR)进行柔性调制,利用相机采集目标的偏振图像,进一步得到Stokes矢量的分量图像,解算出偏振度、偏振角图像.该方法利用双相机同时成像技术,解决了单相机采集信息不完整的问题,可以实现完全Stokes测量,同时获得目标的线偏振和圆偏振图像.实验结果表明,偏振度(Dop)图像相较于线偏振度(Dolp)图像,包含了更多的细节信息,Dop图像在图像评价指标方面均有5％以上的提升,说明Dop图像可以更好地还原被测目标物.采用该方法可以提高对静态目标的识别能力.     

矢量偏振光束的产生及其高数值孔径聚焦性质

利用石英晶体的旋光效应产生矢量偏振光束,石英晶体被分成圆心角相同的12个扇区,每个扇区设计有特定的厚度,依据晶体的旋光性质可知,在平面线偏振光入射的条件下,不同扇区产生了不同的偏振旋转,形成了空间上偏振方向不同的矢量偏振光束.进一步利用二维辛普森数值积分(ZDSC)方法计算了这种光束的高数值孔径聚焦场分布,发现此光束的聚焦性质与轴对称偏振光的极其相似,说明提出的方法可作为产生偏转角可调的轴对称偏振光的一种简单方法,而满足实际的应用需要.