以色散偏振光谱检测技术为背景, 着重研究了乳化油颗粒的偏振光学特性及米散射物理模型, 构建了色散偏振度光谱检测系统。 在400~700 nm波长范围内, 分别对四种样品进行了301个波段的光谱反射率采集。 结合贝塞尔函数和汉克尔函数, 推导出了入射光波长与散射光偏振振幅矢量的关系, 提取了一个新的特征参数: 色散偏振度(DODP)。 在暗室条件下, 对乳化油样品ND18和ND75进行测量, 利用色散偏振公式计算出了样品在各测量波长处的偏振度值, 验证了基于DODP值检测乳化油的可行性。 研究发现, 虽然米散射的解是由单个球体的衍射推导而来, 但是只要它们的直径和组成相同, 且彼此之间的距离比波长大, 也同样可以用于任意数量的球的衍射。 在这种情况下, 被不同球体散射的光之间没有相干的相位关系, 总散射能量等于被一个球体散射的能量乘以它们的整数。 当观测平面与入射波电矢量振动方向之间的夹角ϕ=0或者ϕ=π/2时, 散射光分量或者消失。 由于ND18的粒径比ND75的粒径小, 所以ND18的前向散射波瓣较大, 前向散射与后向散射的比值较小。 在相同光照条件下, ND75的多次散射现象要比ND18严重。 根据路径相关矩阵的理论, 多次散射容易引起退偏振, 二次辐射波会在角域内扩散和分布。 因此, 被测乳化油表面产生的散射次数与入射光能的阻尼能力成正比。 由于乳化油表面入射光的能量耗散存在差异, 因此能量耗散率与入射波矢量方向的前向散射振幅的分量成正比, 且乳化油的偏振散射程度不同于入射光的偏振散射程度。 实验结果表明, DODP可以反映出乳化油由多次色散引起的去偏振能力。 由于模拟光源是自然光, 所以计算散射光的偏振参数非常方便, 可以大大缩短数据处理时间, 减小实验误差。 DODP不仅能够识别海水中的乳化油, 而且能够区分不同浓度的污染物, 准确识别出乳化油的边缘扩散。
偏振振幅矢量 乳化油 色散偏振度 米散射 路径相干矩阵 Polarization amplitude vector Emulsified oil Degree of dispersion polarization Mie scattering Path coherence matrix 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2689
上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 200072
研究了任意正交偏振基矢下光的相干矩阵与其斯托克斯空间坐标的关系，研究表明任意正交偏振基下的相干矩阵都可以用其斯托克斯空间坐标表征。在此基础上，提出了一种根据斯托克斯空间坐标直接测量任意偏振基下光器件琼斯矩阵的方法，并对法拉第旋转器进行了验证实验。实验证明该方法可避免斯托克斯矢量与琼斯矢量之间，或穆勒矩阵与琼斯矩阵之间的转换，使光器件偏振特性的测量和光路偏振性能的分析更为便捷。
物理光学 偏振光学 琼斯矩阵 斯托克斯空间 相干矩阵 正交基矢 激光与光电子学进展
2016, 53(9): 092604
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 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250001
基于地基大口径自适应望远镜构建成像偏振探测系统，可以同时获取空间目标的光强和偏振图像，将光强信息和偏振信息相结合，能为空间目标的探测和识别提供更多依据。现有的1.23 m自适应望远镜在设计时并未采用保偏设计，在开展观测研究前需得到光学系统的偏振传输特性。但目前难以直接对大口径望远镜进行偏振标定，为了分析1.23 m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性，基于相干矩阵和光线追迹法建立了望远镜系统偏振传输特性分析模型。仿真得出了1.23 m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性，发现光学系统会引入较大的偏振探测偏差。为减小偏振探测偏差，给出了一个可行的保偏改进方案，并通过已建立的模型验证了该方案的有效性。
成像系统 偏振 空间目标 大口径望远镜 成像探测 相干矩阵 数值分析 光学学报
2014, 34(12): 1211003
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
光路系统的偏振误差极大地制约着双光程光纤陀螺精度的提高。为了提高新型双光程光纤陀螺的精度，利用相干矩阵和琼斯矩阵对光路中光学器件和熔接点的光学参数进行描述，通过分析顺时针光波与逆时针光波中耦合次波列与主波列间的相干叠加机理，建立了相应的偏振误差模型。利用Matlab以接近于工程实际的参数设置，对光路系统中熔接点、各光学器件缺陷对偏振误差的影响进行了仿真分析，并在此基础上提出了一种可有效抑制双光程光纤陀螺偏振误差的尾纤匹配法。仿真结果表明，通过适当的尾纤长度匹配，双光程光纤陀螺的偏振误差由0.145°/h减小为0.017°/h，其随温度变化的峰谷值也由0.25°/h减小至3×10-4°/h，双光程光纤陀螺的偏振误差得到有效抑制。
光纤光学 光纤陀螺 偏振误差 相干矩阵 耦合次波 双光程 光学学报
2014, 34(10): 1006002
西安电子科技大学技术物理学院, 陕西 西安 710071
光路系统的偏振误差极大地制约着光纤陀螺精度的提高。利用相干矩阵和琼斯矩阵对光纤陀螺中光学器件和熔接点的光学参数进行描述, 建立了干涉式光纤陀螺光路系统的物理模型。与之前相关文献报道相比, 该模型所表达的光路系统更加接近于工程实际。在此基础上, 提出一种分析光学器件和熔接点缺陷, 以及光路损耗对光纤陀螺偏振误差影响的新方法。该方法可以有效地分析光路系统缺陷对零偏和标度因数的影响, 在工程上可作为评价干涉式光纤陀螺光路系统性能的一个途径。
光纤陀螺 偏振误差 相干矩阵 琼斯矩阵 fiber optical gyro (FOG) polarization error coherent matrix Jones matrix
1 暨南大学 重大工程灾害与控制教育部重点实验室, 广东 广州 510630
2 暨南大学 光电工程系, 广东 广州 510630
斯托克斯参量是描述偏振光特性的重要参量, 它能给出偏振光的偏振度(DOP)的数值, 因此偏振分析仪多采用测量斯托克斯参量的方法来设计。从斯托克斯参量的定义出发, 利用准单色光波的相干矩阵法, 推导了斯托克斯参量的测量原理, 并提供了多种实验测量斯托克斯参量的设计方法。对比分析了三种测量斯托克斯参量的方法, 并用相干矩阵方法证明了用测量光功率表达的偏振度的正确表达式。
测量 斯托克斯参量 偏振态 偏振度 相干矩阵
北京航空航天大学电子信息工程学院, 北京 100086
激光雷达偏振成像主要是利用不同目标散射光偏振度的差异来实现对目标成像的。由于大部分光学系统都存在消偏振效应,因此系统自身的消偏振问题在成像过程中必须考虑。根据近轴理论和消像差的要求设计出卡塞格伦望远镜的几何结构,应用琼斯理论、光波的相干矩阵和菲涅耳反射理论对空气和卡塞格伦望远镜的交界面进行了消偏振分析,并使用Matlab软件仿真了卡塞格伦望远镜在镀金属反射膜前后,反射光偏振度在望远镜径向直径上各点的变化曲线。根据仿真结果可以看出偏振成像系统中使用的卡塞格伦望远镜在镀铝金属反射膜时其消偏振效应在成像过程中可以忽略。
成像系统 激光雷达 消偏振 琼斯理论 相干矩阵
天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300072
针对采用LiNbO3集成光器件的干涉式光纤陀螺结构特点,利用琼斯矩阵和相干矩阵建立了此类光纤陀螺光路传输系统数学模型.在此基础上进行了光路偏振噪声的理论分析,通过计算得出最大偏振误差表达式,讨论了光路器件的性能对陀螺偏振噪声的影响,得出消光比是影响结果的关键因子,并阐述了主要有效措施.
光纤陀螺 LiNbO3集成光路 偏振噪声 相干矩阵 琼斯矩阵
