1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，合肥 230031
2 国防科学技术大学 电子对抗学院 红外与低温等离子体安徽省重点实验室，合肥 230037
3 先进激光技术安徽省实验室，合肥 230037
4 合肥工业大学 物理学院，合肥 230601
5 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，合肥 230026
工作于近地空间的星敏感器，其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之一，研究了如何利用偏振滤波技术降低天空背景辐射对恒星成像的影响。基于激光雷达实测数据，计算得到了典型地区整层大气粒子的分布特性及散射特性，结合大气矢量辐射传输模型，研究了天空背景在近红外波段的偏振特性，获得了不同大气条件及观测条件下的天空偏振特性，分析了观测与太阳位置对不同波长天空背景偏振分布的影响。研究表明：使用波长较长且位于吸收带的近红外光进行观测或提升星敏感器的观测高度，可采用偏振滤波技术一定程度上抑制天空背景光。当观测方位角一定时，选取合适的观测角度可以保证在较低太阳高度时能使用偏振滤波技术降低天空背景辐射对星光成像的影响。
星敏感器 恒星成像 背景辐射 偏振分布 偏振滤波技术 Star sensor Star imaging Background radiation Polarization distribution Polarization filtering technique
1 山东理工大学机械工程学院，山东 淄博 255000
2 清华大学精密仪器系，北京 100084
为了克服典型分焦平面法偏振成像的工艺难度高、步骤复杂且所得偏振器消光比小的不足，提出了一种利用皮秒激光烧蚀单方向亚波长金属光栅偏振片制备规则的偏振阵列，再通过胶合来获得多方向偏振滤波器的制备工艺。对烧蚀偏振片的主要激光参数进行了实验优化，优化所得激光功率密度为5.89×105 W/cm2，脉冲重合率为82.17%，扫描线间距为0.008 mm，激光扫描烧蚀速度可达3000 mm/s。结果显示：偏振片被激光烧蚀后的区域偏振性基本消失，透光率提高到0.96以上。制备得到的偏振器保留了商用偏振片的高消光比，且在抗光学干扰以及像素配准方面具有优势。将该偏振滤波器贴覆在相机上进行了偏振成像的验证实验，结果表明：该偏振滤波器计算得到的偏振角误差小于0.5°，能准确识别偏振状态，在图像识别和偏振成像领域具有较好的应用价值。
激光技术 皮秒激光 多向偏振阵列 偏振滤波器 偏振成像 中国激光
2023, 50(12): 1202105
合肥工业大学电子科学与应用物理学院光学工程系, 安徽 合肥 230601
设计了一种具有偏振滤波特性和保偏特性的空芯负曲率光纤 (HC-NCF), 并对其特性进行了分析。通过引入内包层管破坏常规 HC-NCF 的对称性, 使两个正交方向的基模和内包层玻璃管模式进行耦合, 从而增加两个偏振方向的折射率和损耗差异。进而对光纤双折射特性和损耗的影响因素进行分析, 包括内包层管的壁厚、内包层管的内直径和纤芯直径。结果表明, 当光纤纤芯直径和外包层管环内直径为 30 μm, 外包层和内包层管环壁厚分别为 1.116 μm 和 1.56 μm, 内包层管的内直径为 9 μm 时, 在 1.55 μm 波长处双折射达到 1.33×10-4，基模 x 偏振和 y 偏振方向的偏振消光比达到 4723 (36.7 dB)，并且偏振消光比大于 100 的带宽为 7 nm。 此外, 1.55 μm 波长处的最低损耗约为 0.03 dB/m。这种保偏 HC-NCF 可应用于对偏振敏感的光纤器件。
物理光学 负曲率光纤 双折射 限制损耗 偏振滤波 physical optics negative curvature fibers birefringence confinement loss polarization filter
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116023
为改善光栅性能,基于遗传算法,并结合时域有限差分法,在可见光波段优化设计了一种双层亚波长金属光栅结构。经仿真分析,该结构能够实现蓝色波段的偏振滤波功能,透射率最大值能达到77%,消光比最大值达到20 dB,半峰全宽为35 nm。通过分析光栅参数对光栅性能的影响,证明该结构具有较大的工艺容差。相比以往的结构,优化后的光栅具有更好的透射性能和滤波性能,在偏振导航、偏振探测、显示器、成像传感器等领域具有良好的应用前景。
光栅 双层亚波长金属光栅 遗传算法 偏振滤波 时域有限差分方法 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 220501
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
基于相位合成偏振技术,利用离散相位编码构建了自由空间量子密钥分配系统,在时域、空域、频域滤波的基础上,结合大气背景光的偏振度模型,通过偏振滤波抑制背景光。研究结果表明,当大气背景光的偏振度为0.6时,偏振滤波的背景光抑制比最高可达5;对比未加入偏振滤波的情况,由背景光引起的系统误码率降低了近80%。
量子光学 量子密钥分配 背景光抑制 偏振滤波 抑制比 误码率 光学学报
2018, 38(12): 1227001
大同大学 物理与电子科学学院, 大同 037009
为了获得具有对称性结构的金填充高双折射光子晶体光纤, 采用有限元方法对光纤的纤芯基模、金属表面等离子体激元的色散和损耗特性进行了分析。改变包层晶格节距、纤芯周围气孔直径以及填充金丝直径能够灵活地调节纤芯基模与等离子体激元之间共振响应波长点的位置和耦合强度。通过对光纤结构参量的优化, 获得了一种基于通信波段的偏振滤波器。当特定空气孔数值孔径确定后, 在1.55μm处, x方向基模损耗可以达到473dB/cm, 而y方向基模几乎不会受到等离子体激元的干扰。结果表明, 与单偏振单模光子晶体光纤相比, 新设计的光纤结构可以通过调节金丝直径大小, 选择性地滤掉某一偏振方向的光, 从而达到在通信波段滤波的效果。该研究对研制基于通信波段的偏振滤波器具有一定的参考意义。
光纤光学 偏振滤波器 有限元法 表面等离子体共振 双折射 fiber optics polarization filter finite element method surface plasma resonance birefringence
1 浙江大学 光电系, 杭州 310027
2 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
设计了一种基于二维光子晶体的偏振滤波分束器.利用平面波展开法计算光子晶体带隙, 确定入射光波1 550 nm下获得单偏振光的微结构参数, 利用时域有限差分法对90°弯折缓冲层和分支冲击壁进行优化.分束器实质为在二维光子晶体阵列中引入缺陷而构成的波导, 利用光子带隙效应和线缺陷90°偏转将入射光中的TM偏振分量(或TE偏振)完全过滤, 得到单偏振光, 最后通过Y型分支实现1∶1的单偏振光分光输出.仿真结果表明总输出/输入功率比达到68%.
二维光子晶体 偏振滤波 分束 光子带隙效应 缓冲层 Two-dimensional photonics crystal Polarizing filter Beam-splitting Photonic bandgap Buffer layer 光子学报
2014, 43(12): 1223002
西南民族大学电气信息工程学院, 四川 成都 610041
提出了一种基于一维缺陷光子晶体的可调谐偏振滤波器，将液晶膜层作为缺陷引入对称结构的一维光子晶体中，利用液晶电控双折射效应的动态可调节性，实现可调谐的偏振光窄带滤波。用传输矩阵法对这一新型滤波器的TM偏振光传输特性进行了数值计算，结果验证了此滤波器的可调节性。这种可调谐偏振滤波器具有结构简单易于制作、体积小易于集成、调谐方便、损耗很低、透射峰半峰全宽窄等突出优点，有望在光通信波分复用技术和光学精密测量技术中获得应用。
光学器件 可调谐偏振滤波器 传输矩阵法 一维光子晶体 向列型液晶 激光与光电子学进展
2013, 50(7): 072301
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室, 四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院研究生院, 北京 100049
由于天文观测领域大部分自适应光学系统只能在夜晚工作，提出了采用偏振滤波技术抑制天光背景的办法以达到白天探测微弱星体目标的目的。介绍了偏振滤波的原理并估算了抑制天光背景的效果，通过观测角度关系得到了偏振方位角的计算公式，并在丽江观测站1.8 m望远镜自适应光学系统平台上进行实验，给出了消像旋模型。实验结果表明，偏振滤波技术能有效抑制天光背景，提高星体目标探测能力，一定程度上提高了自适应光学系统在白天探测弱小星体目标的可能性。
自适应光学 偏振滤波 星体探测 白天工作
1 中国人民解放军理工大学 理学院，南京 211101
2 南京理工大学 理学院，南京 210094
传统一维纯电介质光子晶体较难实现TE偏振带通滤波，而且每种偏振滤波器的禁带很窄.本文基于不同电磁参量占主导地位控制不同偏振波禁带较宽的特性，利用一维光子晶体禁带带边交叉的方法设计了TE偏振滤波器、TM偏振滤波器和双偏振滤波器.每种滤波结构均为包含电介质和磁性材料的异质结，因此实现各种滤波的同时也展宽了禁带范围.由于电磁介质互联，所设计的滤波器结构简单，均具备宽禁带、窄带通滤波特性.此外,利用已报道的磁性材料，分析了磁性材料色散对偏振滤波器性能的影响.
一维磁介质光子晶体 偏振滤波 异质结 Onedimensional magnetic photonic crystal Polarization bandpass filter Heterostructure
