中北大学半导体与物理学院，山西 太原 030051
以推导的在生物组织中部分相干圆刃型位错光束传输时的交叉谱密度矩阵元，研究了传输中不同光束参数（光束波长λ、位错数目ndis、空间自相关长度σyy）对不同场点之间偏振特性的影响。部分相干圆刃型位错光束波长和位错数目不影响偏振态的初始值，而不同空间自相关长度的光束初始偏振态不同。随着传输距离增加，空间同一点的偏振态经历明显的起伏变化后最终趋于与源处一致，空间不同两点间的偏振态最终趋于一不同于初始值的定值。与远红外光和紫外光相比，可见光和近红外光更适合作为生物医学疾病诊疗的目标光束。位错数目越大，各偏振特征参量极值间距越大。空间自相关长度σyy与σxx的相对大小会影响偏振度的大小及变化趋势。
生物光学 圆刃型位错光束 偏振度 方位角 椭圆率 生物组织
1 中国科学院 深圳先进技术研究院，广东 深圳 518000
2 深圳市三利谱光电科技股份有限公司 研发中心，广东 深圳 518107
3 河北工业大学 理学院，天津 300401
本文使用理论与实验相结合的方法研究了斜入射下液晶涂布型C-plate（Liquid crystal coated C-plate，LCC）对逆分散1/4波片（Reverse wavelength dispersion quarter wave plate，RQWP）补偿能力的优化特性。使用扩展琼斯矩阵比较了偏振光以任意角度通过RQWP、RQWP+LCC两种架构后出射光的椭圆率，探究了不同相位延迟RTH的LCC对出射光椭圆率的影响；测试了上述两种架构的圆偏光片在OLED（Organic light emitting-diode display）上的环境光反射率以及反射颜色色坐标。结果表明，LCC能够使45°斜入射时出射光的椭圆率提升10%以上，且在红、绿、蓝三色光条件下，调整LCC的RTH可使膜材架构的总折射率系数NZ趋近于0.5，获得最佳效果。使用RQWP+LCC架构的圆偏光片可使45°极角下OLED的环境光反射率降低3%。在工业生产中直接生产NZ=0.5的膜材拥有较高的技术难度，本文结论对开发NZ=0.5的膜材提供了新的可行方案。
斜入射 扩展琼斯矩阵 椭圆率 1/4波片 oblique incidence extended jones matrix method ellipticity quarter wave plate
南京邮电大学电子与光学工程、微电子学院，江苏 南京 210023
设计出一种高灵敏度的新型椭圆侧芯光子晶体光纤传感器模型。圆形孔和3种不同大小椭圆孔构成该椭圆侧芯光子晶体光纤空气孔，其中椭圆孔的椭圆率分别为e、e1、e2，在椭圆率为e的左侧椭圆孔内涂敷金纳米薄膜。通过有限元分析软件COMSOL对传感器的传感特性进行数值分析。研究发现：表面等离子体共振的共振峰对待测液体折射率的变化有很高的传感灵敏度；光子晶体光纤传感器的灵敏度会随着椭圆率e、e1以及金纳米薄膜的厚度而变化。折射率在1.40~1.42范围内，传感器灵敏度随着e1的增大而增大；折射率在1.42~1.43范围内，传感器灵敏度随着e1的增大先减小再增大。当椭圆率e1=1.2、折射率为1.43时，灵敏度高达31800 nm/RIU（折射率单元）。折射率在1.38~1.43范围内，传感器灵敏度随着椭圆率e的增大而增大，当椭圆率e=2.3时，灵敏度高达33200 nm/RIU。折射率在1.42~1.43范围内，传感器灵敏度随着金纳米薄膜厚度的增大而减小，在折射率为1.43、金纳米薄膜厚度为40 nm时，传感器灵敏度高达34600 nm/RIU。
传感器 数值分析 椭圆率 灵敏度 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0106001
光子学报
2022, 51(12): 1214004
1 国防科技大学 智能科学学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
3 湖南交通工程学院 高科技研究院，湖南 衡阳 421001
计算机辅助装调技术的出现大大降低了光学系统装调的难度，但是目前提出的大部分装配误差计算方法都基于波像差系数，在应用过程中还需要额外的波前传感器。基于星点图在不同视场中的椭圆度分布，提出了一种不依赖于波前传感器的装配误差计算方法，该方法只需要CCD或CMOS等图像传感器即可实现光学系统的装配误差计算。基于矢量像差理论推导了该方法的理论基础，采用椭圆度参数量化了装配误差对星点图的影响规律，揭示了椭圆度分布与装配误差之间的非线性函数关系，在此基础上，以多视场下的星点图椭圆度分布为优化目标，将光学系统的装配误差求解问题转化成多目标优化问题，可通过智能优化算法进行求解。以Hilbert 两反式光学系统为例，基于三个视场的椭圆度分布计算次镜的四个侧向装配误差，仿真结果表明该方法的计算精度可达微米级，满足实际装调需求，验证了该方法的正确性，对促进计算机辅助装调技术的工程化应用具有重要意义。
计算机辅助装调 装配误差计算 星点图 椭圆度 computer aided alignment misalignments calculation stellar image ellipticity 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210391
1 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
2 合肥师范学院物理与材料工程学院, 安徽 合肥 230601
3 马钢 (集团) 控股有限公司, 安徽 马鞍山 243003
设计了一种在实验室环境下模拟工业现场高速线材椭圆度监测系统, 利用三相机测量的方式, 实现了线材椭圆度的非接触式测量。首先选取双侧远心镜头、准直光源、高速面阵 CCD 工业相机对线材实时图像进行采集, 并对相机进行标定与畸变矫正; 随后对三路相机采集到的实时图像依次预处理, 提出了一种自适应 Ψ 值运动模糊图像恢复方法; 最后通过霍夫变换检测到的两条直线上点分别计算出三路相机测得的线材直径, 并利用直径计算出线材椭圆度。研究结果表明, 在实验室条件下该系统的测量精度达到了实际工业生产中所需的精度, 有望在高线生产线上投入使用。
双侧远心镜头 霍夫变换 椭圆度 运动模糊 面阵 CCD bilateral telecentric lens Hough transform ellipticity motion blur processing area array CCD 大气与环境光学学报
2020, 15(4): 314
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 华北光电研究所, 北京 100015
通过使用带有损耗点的腔镜,在Yb∶phosphate(Yb∶QX)振荡器里实现了一阶涡旋光束的输出。详细研究了涡旋光的光-光转换效率与损耗点直径和腔内激光模式直径及形状的关系。实验发现,在Z字型固体激光器中,当腔内激光模式直径为损耗点直径的4~6倍,激光模式在切线面和弧矢面的光斑直径比例(即椭圆率)约为80%,泵浦功率为1.59 W时,获得了光-光转换效率最高为7.7%的一阶涡旋光束。此研究可为利用损耗点在Z字型固体激光器中产生高转换效率的一阶涡旋光束提供理论实验依据。
激光光学 固体激光器 涡旋光束 损耗点镜 椭圆率
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间三部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
随着天文探测水平的提高,偏振像差对天文望远镜成像质量的影响逐渐凸显。基于偏振光线追迹,分析了一种用于探测宇宙弱引力透镜效应的无遮拦离轴天文望远镜的偏振像差,得到了该望远镜的琼斯瞳、振幅响应矩阵以及望远镜中各个反射镜的二向衰减和相位延迟分布特性。计算发现偏振像差会影响该望远镜的成像对比度,同时还会改变其点扩展函数的空间分布。计算了偏振像差对望远镜光学椭率的影响,结果表明偏振像差会导致该望远镜光学椭率在全视场范围内发生不同程度的变化,最大改变量为7.5×10 -3,平均改变量为2.7×10 -3。在视场[-0.0487°,0.155°]附近,偏振像差使得该望远镜光学椭率最大插值误差由1.2×10 -4增大为1.1×10 -3。本文研究结果表明,对于探测弱引力透镜效应等要求超高成像质量的天文望远镜,偏振像差不可忽略,需要进行优化设计。
成像系统 无遮拦离轴天文望远镜 偏振像差 光学椭率 点扩展函数 弱引力透镜效应
以衍射理论为基础, 建立了椭偏高斯光束通过非线性介质后远场光强分布的理论模型。利用该理论模型采用数值模拟的方法研究了椭偏高斯光束与非线性介质相互作用后在远场形成的衍射图样随椭偏光椭偏率变化的演化规律。分析发现, 在不同非线性机制下, 椭偏率的变化对远场衍射图样的影响明显不同。在分子取向机制下, 非线性介质对入射椭偏高斯光束椭偏率变化的响应最敏感, 不仅影响衍射图样的分布尺寸和衍射环的数目, 而且还影响远场衍射图样中央光斑的亮暗。由于线偏振和圆偏振是椭圆偏振的特殊情况, 本文所建立的模型也适用于入射光束偏振态为线偏振或圆偏振态的情况。
椭偏高斯光束 非线性介质 衍射图样 椭偏率 非线性机制 elliptically polarized Gaussian beam nonlinear medium diffraction patterns ellipticity nonlinear mechanism
