1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 张江实验室，上海 201210
斯托克斯偏振测量常被用于获取光束的偏振特性。提出一种利用偏振无关的达曼光栅快照式测量偏振光束斯托克斯参量的方法。偏振光束通过达曼光栅后在空间对称的位置上被分成4束，这4束光经波片和线偏振器调制后，最终被CCD采集。将单次快照采集的光强图简单叠加运算就可计算得到偏振光束的斯托克斯参量，并可进一步计算得到偏振光束的偏振分布、矢量质量因子（VQF）和模间相位。所提测量方法对不同椭圆偏振光的测量结果与商用偏振测量仪的测量结果之间的平均相对误差为6.97%。所提方法的测量装置简单，无需转动任何器件，单次快照就可完成测量，具有可靠的测量精度。
测量 偏振测量 斯托克斯参量 达曼光栅 光学学报
2023, 43(13): 1312002
1 航天工程大学宇航科学与技术系，北京 101416
2 航天工程大学基础部，北京 101416
柱矢量涡旋光束偏振态呈现柱对称分布并且具有螺旋形相位波前，可以用混合阶庞加莱球表示。基于对琼斯矩阵的推导，提出并验证了一种利用涡旋半波片产生多种混合阶庞加莱球光束的方法。通过合理设计涡旋半波片和半波片、1/4波片的组合，能够产生混合阶庞加莱球上任意位置对应的柱矢量涡旋光束。通过级联多个涡旋半波片，能够进一步扩大混合阶庞加莱球光束的阶数范围。实验上，对制备出的多种混合阶庞加莱球光束的偏振态分布进行了测量，并验证了其偏振阶数和拓扑荷数。该方法光路简单、调节方便，可以实现对拓扑荷数和偏振阶数的独立调控，在光学微操控、光学探测与传感，以及矢量涡旋光源设计等方面有潜在的应用价值。
物理光学 混合阶庞加莱球 柱矢量涡旋光束 琼斯矩阵 斯托克斯参数 光学学报
2022, 42(22): 2226001
1 航天工程大学宇航科学与技术系，北京 101416
2 航天工程大学基础部，北京 101416
涡旋半波片（VHP）是一种快轴取向在空间分布上呈特定角向变化规律的偏振光学元件。通过级联两个或多个低阶VHP可以产生任意高阶柱矢量光束（CVB）。基于单个VHP的琼斯矩阵，推导了VHP级联后的等效琼斯矩阵，从理论上解释了VHP级联后等效阶数的变化规律。实验上，利用和的两个VHP级联产生1阶和3阶径向偏振和角向偏振CVB，计算斯托克斯参数并绘制矢量光束偏振态分布图，并与的单个VHP直接生成的CVB进行比较，证明了级联方法的可靠性。在级联VHP产生相同高阶CVB时，VHP的不同级联顺序能够影响由于中心错位而造成的光束畸变程度。经实验对比分析，得到了级联应用中能够稳定产生高质量、高阶CVB的方法，并通过级联多个VHP产生了100阶以内任意CVB。
物理光学 柱矢量光束 涡旋半波片 琼斯矩阵 斯托克斯参数 偏振检测 光学学报
2022, 42(13): 1326001
陆军工程大学通信工程学院，江苏 南京 210014
测量范围的拓展对提升基于偏振特性的光纤压力传感系统的实用性有着重要意义。以拓宽测量范围并保持原有传感灵敏度为目标，提出了一种基于斯托克斯多参量融合的传感方案。通过理论仿真得到传感头目标偏振轴。利用偏振控制器，压力装置和偏振检测计，在实验中得到了线性度为99.8%、灵敏度为0.1938 N-1、测量范围为28 N的传感性能，多参量融合方案的测量范围比单参量测量方案提高了5倍。实验结果与理论预期吻合较好。所提方案可以大幅度提升基于光纤偏振特性的传感系统的性能并扩展了其实用价值。
光纤光学 光纤压力传感 斯托克斯参量 测量范围 偏振旋转轴 灵敏度 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1906001
南京邮电大学电子与光学工程学院光电传感工程研究中心, 江苏 南京 210023
线性啁啾光纤光栅受到横向应力作用时会产生轴向展宽。当作用线度即光纤 光栅受力区域长度与光纤直径相当时,该展宽不能忽略。基于空间弹性力学受力分析,可得到其轴向展宽导致的相移。 该光栅光谱中产生的透射峰位置与该相移的大小和位置有关。同时,横向应力会导致双折射现象。综上所有因素,建立了 利用斯托克斯参量(Stokes parameters)实现小线度作用区域即点式横向应变传感的理论模型。计算与实验结果表明:线 性啁啾光纤光栅在点式横向应力条件下,应力大小在弹性限度范围内与Stokes-s1参量峰值呈线性变化关系。Stokes-s1参量谱 峰波长与横向应力作用位置相对应,且与应力大小有关。通过分析透射谱的Stokes-s1参量,可实现对横向应力大小和位置的传感。
光纤光学 斯托克斯参量 光纤布拉格光栅 横向应力 传感 fiber optics Stokes parameter fiber Bragg grating transverse strain sensing
郝蕊蕊 1,2,3,*赵新未 1,2,3潘倩 1,2,3柏雪 1,2,3焦新兵 1,2,3
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
采用狭缝光束分析仪和偏振仪测量了从铝薄膜表面反射的圆偏振光的光斑位置和偏振特性随外界直流电压变化情况,理论拟合激光从铝薄膜反射后的光斑位置与直流电流电压的关系。测量和多项式拟合结果表明,当外部电压值从0变化到2.5 V时,圆偏振激光在x轴和y轴上的位置分别是从-45 μm移动到-95 μm,从35 μm移动到75 μm,而激光束的光学偏振度基本上不变化。
圆偏光 直流电流 位移 斯托克斯参数 光斑 circularly polarized laser beam direct current displacement Stokes parameter optical spot
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
理论分析并实验制备了795 nm两组份偏振纠缠光场。当分析频率为1.8~6.5 MHz时, 归一化的斯托克斯算符的量子关联噪声小于1, 得到了两组份偏振纠缠态; 当分析频率大于3 MHz时, 关联噪声达到0.5左右。该非经典光源可应用于未来的量子存储, 并且可能用于实现量子通道和量子节点之间、两个量子节点之间的纠缠以及量子态的传输。
量子光学 两组份偏振纠缠光场 光学参量放大器 斯托克斯参量
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于二向反射模型, 对碳纤维、渗碳膜、F46和OSR四种典型的空间目标样本的偏振光谱数据进行测量; 通过测算样本Stokes参量获取样品多角度下的线偏振度与偏振角信息, 并对其进行统计.结果表明, 样本线偏振度和线偏振角的均值、方差之间存在较大差异, 对比分析样本均值和方差之间的关系能有效提高目标的探测和识别性能, 可以解决传统光谱技术上产生的“同物异谱”和“同谱异物”问题; 所获取的偏振特性可为偏振遥感提供更多的光学信息.
光谱偏振特性 Stokes参量 线偏振度 线偏振角 均值 方差 Spectral polarization characteristics Stokes parameter Degree of linear polarization Orientation Average value Variance
华南师范大学 物理与电信工程学院, 广州 510006
为了满足光偏振态分振幅测量模块(DOAP)对分光棱镜复杂且严格的加工要求, 采用在经典DOAP透射光路及反射光路各引入一块波片的方法, 组成改进后的光偏振态测量模块。推导了新的仪器矩阵表达式, 通过分析波片参量对仪器矩阵条件数的影响, 得到了最佳波片的参量及其关系。结果表明, 优化后的斯托克斯椭偏仪测量薄膜样品的厚度和折射率的标准差分别为0.1nm和0.001。通过选择波片的最佳方位角或相位延迟量可以实现斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的优化, 从而提高系统的测量稳定性及可靠性。
测量与计量 光偏振态测量 条件数 斯托克斯参量 measurement and metrology optical polarization measurement condition number Stokes parameter
