光栅光谱仪的像质会受到入射光偏振特性的影响，为解决这一问题，通常在系统中加入消偏器来减小仪器的偏振响应。晶体材料的双折射特性在光学原理上可产生消偏效果，常被用来加工成各种类型的消偏器。基于矩阵光学原理对H-V消偏器及双巴比涅消偏器的Muller矩阵及残余偏振度理论表达式做了分析，给出了残余偏振度与工作波长、消偏器楔角、入射光瞳面积及入射光偏振角等参量之间的关系，在此基础上研制了一款应用于某光栅光谱仪的双巴比涅消偏器，经过计算，当楔角0.6°，入射光瞳直径20.6 mm时，双巴比涅消偏器在0.4 ~0.9 μm波长范围内残余偏振度优于3%，并且像分离满足使用要求，具有很强的工程实践性。
消偏器 石英晶体 穆勒矩阵 残余偏振度 depolarizer quartz crystal Muller matrix residual polarization 红外与激光工程
2020, 49(7): 20190544
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国海洋大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
为了保证成像测量结果的相对准确性,需要消除光谱仪中光学器件的偏振响应,加入消偏器是一种常用的消偏方法。由于成像光谱仪探测性能的要求,不仅需要消偏器在光谱仪的响应波段内具有良好的消偏效果,还要求消偏器应尽可能小地影响光谱仪的成像质量;对大气遥感探测星载双楔角临边成像光谱仪中的消偏器进行研究,通过积分的方式对消偏器的楔角进行计算分析,通过MATLAB的优化仿真确定了影响消偏器性能的参数,并对其进行了相关的误差分析。
偏振 星载 光谱仪 消偏器
北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094
建立了矩形光瞳下适用于双巴比涅型消偏器的消偏理论及数值计算模型，弥补了当前设计理论仅适用于圆形光瞳的不足。设计了一种适用于矩形光束口径且高度可靠的双巴比涅型消偏器。在确定最佳结构参数的基础上，分析了晶体折射率和中心厚度差的误差要求。结果表明，退偏器出射光的最大残余偏振度小于2%，四像最大间距约为27 μm，满足偏振灵敏度及像质要求。
物理光学 偏振 消偏器 穆勒矩阵 成像光谱仪 偏振灵敏度 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 082601
1 苏州大学物理与光电·能源学部教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006;
2 苏州大学物理与光电·能源学部江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006;
在消偏器工作原理的基础上,利用米勒矩阵和斯托克斯矢量,建立消偏器结构参数与光学系统偏振敏感度的一般关系。借助数值分析,当两楔形晶体光轴夹角为90°时,消偏器具有优良的消偏性能,并且光轴取向下时调整晶体厚度可进一步减小光学系统偏振敏感度。以光栅成像光谱仪为例设计消偏器,给出其性能评价。
光学设计 成像光学系统 米勒矩阵 双光楔消偏器
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
高精度的大气探测光谱仪应用十分广泛, 但是由于太阳发出的自然光与大气作用后所产生的(部分)偏振光会影响设备的探测精度, 所以该类光谱仪通常需要去除入射光的偏振影响。 论文针对大气超光谱成像探测设备的消偏需求, 提出了一种新型的双H-V(horizontal-vertical)消偏器。 由于晶体的双折射结构在光学原理上可以产生消偏效应, 所以消偏器材料通常为双折射晶体, 但是该结构同时又会产生双像, 从而降低光谱仪的成像质量。 针对此问题, 结合该大气超光谱探测设备中空间维像元合并的特点提出了一种异型双H-V消偏器。 它不同于传统双H-V消偏器中两子H-V楔角相等的结构, 所提出的异型双H-V消偏器两个子H-V楔角不同, 从而使其在光谱维及空间维对应不同的双像距, 在满足退偏度要求的同时保证了成像质量, 很好的解决了高消偏度与高成像质量之间的矛盾。 论文详细阐述了消偏器的设计方案, 并针对消偏效果与成像质量进行了分析, 消偏器的退偏率优于98.8%, 并且在空间方向双像所占像元数仅为合并像元的8.7%。
光谱仪 偏振灵敏度 H-V消偏器 楔角 Spectrometer Polarization sensitivity H-V depolarizer Wedge angles 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3913
1 浙江大学 信息与电子工程学系, 杭州 310027
2 浙江大学 唐仲英传感材料及应用中心, 杭州 310027
为了研究光纤消偏器的性能, 使用琼斯传输矩阵化简方法, 对2段、3段和4段Lyot光纤消偏器进行了理论分析和实验验证, 归纳出多段Lyot光纤消偏器光纤段数N与偏振度的数学关系式, 得出随着光纤消偏器段数增加其出射光偏振度有大幅降低的结论。结果表明, 4段Lyot消偏器出射光偏振度为普通两段Lyot消偏器出射光偏振度的1/4,方差从0.0951下降为0.0245。该结果证明了理论的正确性, 为实际制作多段Lyot消偏器提供了理论指导。
光纤光学 Lyot光纤消偏器 琼斯矩阵 多段保偏光纤 偏振度 fiber optics Lyot fiber depolarizer Jones matrix multi-section polarization maintaining optical fib degree of polarization
上海工程技术大学 电子电气工程学院, 上海 201620
为了更准确地研究温度对光纤Lyot型消偏器消偏性能的影响,根据参考文献中光纤消偏器的结构参量,使用保偏光纤熔接机等制作完成了光纤Lyot消偏器,在全温条件(-40℃～80℃)下,其偏振度P≤0.5%;同时搭建了恒温和变温条件下消偏器输出偏振度测试系统,并分析了偏振度改变产生的原因。结果表明,温度恒定在不同值时(-40℃和80℃),消偏器的输出偏振度基本保持不变;当温度按一定梯度升高或者降低时,消偏器的输出偏振度会随之改变。这对于光纤传感应用的研究具有一定的参考价值。
光纤光学 光纤Lyot消偏器 偏振度 温度 温度梯度 fiber optics fiber Lyot depolarizer degree of polarization temperature temperature gradient
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 天津大学精密仪器与光电工程学院, 天津 300129
3 苏州光环科技有限公司, 江苏 苏州 215123
以琼斯矩阵为基础，建立了双消偏光纤陀螺(DFOG)系统的光路传输模型，推导出偏振串扰误差的理论表达式。仿真分析了消偏器的45°角误差，偏振串扰点功率耦合，Y 波导有限消光比以及环内偏振旋转角对消偏光纤系统偏振串扰误差的影响。实验验证了两消偏器45°角之间的相对偏差以及温度对陀螺零漂的影响。结果表明，两消偏器45°角之间的相对偏差越大、温度梯度越大，对陀螺精度的影响越大。
光通信 光纤陀螺 琼斯矩阵 消偏器 偏振串扰 激光与光电子学进展
2014, 51(6): 060604
随着宽谱段高分辨率光谱仪在海洋空间遥感领域的广泛应用，其前置消偏器的设计要求越来越高。为满足成像光谱仪的要求，利用矩阵光学的原理，对应用最为广泛的Lyot消偏器，从残余偏振度的公式出发，对其与晶体楔角和厚度的关系进行数值分析，结合残余偏振度和光学系统分辨率的要求提出了用于宽谱段光谱仪消偏器参数的设计方法。运用该设计方法对400~950 nm宽谱段成像光栅光谱仪消偏器进行设计，在全波段范围内，光谱分辨率为4 nm时，对任意偏振态的线偏光，消偏器的出射光的残余偏振度均小于2%。
光学设计 消偏器 残余偏振度 宽谱段 成像光谱仪
1 北京工业大学测控实验室， 北京 100124
2 武警学院基础部， 河北 廊坊 065000
管道作为石油、天然气、自来水等的主要运输工具，其运行安全性已受到广泛关注。管道腐蚀穿孔引起的持续性小规模泄漏的及早发现与准确定位是管道运行安全的主要问题和难题。利用Sagnac光纤干涉仪对管道小泄漏进行监测和定位时，光波偏振态的随机变化直接影响到Sagnac环中两束相干光的干涉效果，从而影响直线型Sagnac光纤干涉仪的性能。提出了采用光学消偏的方法抑制偏振态对Sagnac干涉仪性能的影响。通过改进干涉仪的结构，在Sagnac环中加入光纤延时环消偏器，从而提高系统运行稳定性。实验结果表明，该方法能够较好地解决偏振态变化引起的检测灵敏度降低的问题。
测量 光纤传感器 Sagnac效应 偏振态 消偏器
