传统磁光调制方位传递技术要求光束直线传播,存在应用范围受限的问题。针对该问题,提出一种基于保偏光纤的非通视方位传递技术。首先给出了系统组成,阐述了系统工作原理;然后重点分析了保偏光纤双折射效应对传输光矢量的相位差的影响,构建了包含相位差信息的保偏光纤琼斯矩阵;最后利用琼斯矩阵对光矢量的麦克斯韦列进行了变换,推导了系统方位角解算模型,并进行仿真分析。结果表明:当相位差不为π/2时,方位理论解算误差在0.1″以内;当相位差为π/2时,解算方位角始终为0,误差随方位角的增加呈比例增长。结论说明该技术应用于方位传递的可行性。所提方法拓展了方位传递方式,对基于保偏光纤的非通视方位传递技术的改进和系统测量精度的提高具有重要意义。

工程领域对高精度方位角测量的迫切需求使得磁光调制方位角测量技术成为当前国内方位角度测量领域的重点研究方向之一。介绍了磁光调制方位角测量技术的基本原理, 分析了国内外在提高方位角测量精度、减少测角同步时间和数据处理方面做出的研究进展, 并探讨了技术发展趋势。对于发展方位基准传递研究所需的方位角高精度测量技术和装置具有参考价值。

磁光调制方位传递系统中,交变电流驱动内置磁光材料的螺线管磁场至关重要,直接关系到方位信息的传递精度。研究了交变电流驱动的螺线管内磁场对方位信息传递精度的影响。首先,利用麦克斯韦方程构建空心螺线管电磁场模型,分析驱动信号频率对磁场的影响;然后结合安培环路定律建立内置磁光材料的螺线管内部磁场模型;最后分析无松弛极化介质、松弛极化介质、驱动信号频率等对系统方位传递精度的影响。结果表明:驱动信号频率是影响系统方位传递精度的重要因素,且方位传递误差存在规律性;无松弛极化介质与松弛极化介质对系统方位传递精度的影响程度相当。该结果为研究磁光调制方位传递系统的方位传递精度与系统优化设计提供了参考。

设计了一种嵌入磁性材料微腔的可调制的PT对称结构。通过传输矩阵法计算结构的传输谱,研究了磁微腔共振对PT对称结构的调制效应,得到一种可被入射角度方向和大小双重调制的增强的非互易带边模式,调制结果是带边模式在左右带边的转换。磁场大小的增加会导致带边模式向高频移动,磁场方向的变化也会引起带边模式在左右带边的转换。

基于磁光调制的方位测量系统的关键技术是磁光调制技术,交变电流驱动的含磁光材料螺线管内轴向磁场的精确表达至关重要,但是目前关于磁光材料参数特性对磁场的影响研究甚少。以磁光材料TGG晶体为例,研究了TGG介电常数变化对螺线管内部轴向交变磁场的影响。首先,当螺线管内部磁光材料的介电常数不变时,利用麦克斯韦方程建立正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场模型;然后根据TGG的材料构成,通过分子模拟软件VASP获得TGG的介电常数随调制信号频率变化的函数;最后将此变化函数引入到已经建立的交变磁场模型中,获得TGG介电常数变化对正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场的影响。结果表明:随着调制信号频率的增加,TGG晶体的介电常数减小,造成螺线管内部轴向磁场幅值衰减变缓、磁场相移衰减中的急速衰减阶段提前,且衰减速率更快。该研究思路与方法为进一步研究磁光材料对螺线管内部磁场、方位失调角测量精度的影响提供了参考。

为进一步阐明基于法拉第效应的磁光调制过程中各因素之间的相互影响机理，引入了多场耦合理论，结合麦克斯韦方程并综合考虑磁场作用下物质结构内部参数的变化，构建了偏振光在磁光耦合条件下的传输模型，得到了法拉第旋转角的最终表达式，并利用基于有限元的多场耦合软件进行耦合模拟和数值求解。仿真结果表明，在10 A电流激励螺线管产生0.0373 T的磁感应强度下，入射波长为1064 nm的偏振光通过长度为3 cm的铽镓石榴石(TGG)磁光玻璃后，发生了2.245°的偏转，在同等条件下，通过MR3-2磁光玻璃时发生的偏转角为2.023°。通过对比仿真结果与理论计算结果，验证了磁光耦合机理模型的正确性。

基于特征光谱的目标识别技术具有检出能力强, 可分辨目标种类等优点, 但也存在一定的问题, 即需要事先获取背景光谱作为先验知识且要求背景光谱随时间的变化较小。 由此限制了其在新环境、 复杂环境中实时目标识别方面的应用。 设计了一种采用磁光调制配合特征光谱分析的技术手段, 使目标识别过程中无需事先获取背景谱, 从而实现了一次采集获取被测目标信息的功能, 相比传统的目标检测方法而言, 对战场的适应能力更强, 具有较好的实用意义。 同时, 磁光调制技术有效地抑制了背景杂散光的干扰, 从而提高了目标识别概率。 由于磁光调制提供了目标光谱的累加迭代信息, 故即使未知背景光谱或者背景光谱变化较大时, 也可以通过目标光谱的迭代信息大幅提高目标识别率。 针对不同被测目标的回波光强与背景光强值进行实验分析, 结果显示, 三种目标对调制线偏振光的反射能力明显强于背景。 采用伪装色的被测目标对可见光成像目标识别影响很大, 而调制偏振型系统仍能很好地识别目标。 在此基础上, 对0.5～2 km范围内的目标进行多特征波长目标种类识别。 采用三个特征波长时, 目标识别概率在2 km左右明显降低, 采用四个或五个特征波长位置时, 可以实现95.0%以上的目标识别概率, 同时为了降低运算量提高系统的实时检测能力, 最终采用四个特征波长。

提出一种基于磁光调制的新型转换方法, 该方法利用磁光效应实现对入射光束偏振方向的调控, 通过调节磁光调制装置的电信号的强弱, 任意控制矢量光束的偏振方向。仿真分析表明, 该方法能实现径向偏振光与角向偏振光之间的灵活转换。

为了实现玻璃内应力的高精度测量，提出了一种磁光调制的新方法，建立了基于磁光调制的内应力测量系统。首先，根据偏振光的穆勒矩阵描述方式推导了该系统的测量模型，通过分离被测信号的直流、基频和各次谐波分量，并利用“归一化”的方法，消除了光强波动对测量结果的影响，并根据处理接收到的各信号分量得到玻璃内应力方向和应力双折射大小。通过测量玻璃的不同位置验证了该方法的有效性，内应力方向的测量精度为5″，应力双折射的测量精度低于0.5 nm/cm，且系统具有稳定性高、精度高等特点。

: 为了实现偏振光信号发生单元起偏器光轴方位角的精确测量，介绍了一种采用磁光调制技术与利用直角棱镜和自准直仪来引出光轴方位角的装置及其工作原理，并指出采用普通检偏棱镜时存在的问题。为解决该问题，基于格兰-泰勒棱镜的工作原理设计了一种新型偏振器件，该器件采用三块材料参数完全相同的方解石晶体构成，位于两侧的晶体均可分别与中间的晶体形成一个格兰-泰勒棱镜，使其翻转180°前后均能实现检偏功能；详细介绍了该器件的工作原理及安装和工作方式，并系统分析了新组件在工作过程中可以实现棱镜制造及安装误差的消除，完成光轴方位角的测定。最后通过实验验证了该装置的测角精度为0.5″，且系统具有稳定性高、精度高、可操作性强等特点。