基于双折射晶体透镜的自干涉全息成像系统

该文介绍了采用α–BBO双折射晶体透镜进行分光和光程差补偿方法,以及使用偏振相机进行单次采集的自干涉全息成像方法。该方法不需要使用额外器件补偿共轴干涉光路的光程差,适用于非相干白光照明情况下日常物体的全息图采集与图像重建。该文推导了再现距离与放大率等重要参数,并在此基础上,搭建了单发成像系统,还进行了实验验证。实验通过单次曝光采集了LED灯组的四幅不同偏振态全息图,并用四步相移法得到复振幅全息图,最后通过图像重建算法反演计算获得准确的再现图像。实验验证了基于α–BBO双折射晶体透镜的单次曝光自干涉全息成像方法的三维成像能力。

口诀法巧画单轴晶体的双折射光线

基于惠更斯原理作出单轴晶体双折射光线一直是教学中的难点,在教学中,初学的学生往往不能准确完整地画出单轴晶体双折射光线的示意图,原因是该知识点对于初学者来说具有概念多、模型抽象、辅助线多的特点,要正确掌握其画法具有一定难度。文章根据学生在学习中的困难和容易出现的错误,将惠更斯原理波面作图法进行程序化并总结成口诀,按照口诀能够简单方便地画出单轴晶体双折射光线。该方法能够帮助初学者正确画出单轴晶体双折射示意图,帮助准确理解抽象概念、掌握双折射光线的画法,值得初学者和教师在学习和教学中参考。

新型高双折射率高灵敏度光子晶体光纤设计

针对现有光子晶体光纤(PCF)结构复杂、不易制造且灵敏度低的问题,设计了一种用于液体传感的新型高双折射率高灵敏度PCF。这种光纤的纤芯中引入了2种尺寸不同的椭圆形空气孔,而包层则是由相同尺寸的圆形空气孔按四边形排列组成的。利用有限元法结合完美匹配层边界条件,借助COMSOL Multiphysics模拟软件对该PCF进行了数值模拟。将水作为传感液体注入纤芯,在1.3~1.8μm的波段范围内对光纤的双折射、限制损耗以及灵敏度进行了详细的分析。研究结果表明:随着波长的增加,新型PCF的双折射率达到了10-2数量级;在波长为1.3μm时,其灵敏度高达54.4%,相较于已有PCF,提升幅度高达1.1~2.5倍。

双折射光纤环镜应变灵敏度优化研究

灵敏度是衡量传感器的重要指标之一,基于双折射光纤环镜(PM-FLM)应变传感器灵敏度理论模型,通过数值模拟与实验的方法,在不增加系统复杂性的前提下,通过自身性能优化PM-FLM轴向应变灵敏度;同时研究了双折射光纤(PMF)长度对PM-FLM轴向应变灵敏度的影响。研究结果表明:对于相同PM-FLM,可以选择长波长监测点优化轴向应变灵敏度;对于双折射率相同的PM-FLM,可以选择双折射应变系数较大的PMF优化轴向应变灵敏度。对于双折射应变系数相同的PM-FLM,可以选择双折射率较小的PMF优化轴向应变灵敏度。PM-FLM传感器应变灵敏度与PMF长度无关。

保偏光纤内外涂层应力对光纤双折射的影响分析

通过研究熊猫型保偏光纤的应力区结构和材料的热膨胀系数、杨氏模量、泊松比,得出了提升保偏光纤双折射的方法。根据内外涂层材料低温特性不同,得出了减小光纤涂层直径能增强光纤双折射的结论。利用COMSOL有限元分析软件建立了光纤环内部受力模型,并分析了光纤涂层材料和不同厚度比例对绕制张力的抑制效果。仿真结果表明,当光纤包层直径和外涂层直径一定时,存在内外涂层最佳厚度比例,较原光纤厚度比例抑制绕制张力效果提升约10%,内外涂层的杨氏模量、泊松比的改变也能有效地减小绕制张力的作用。

基于高双折射取样啁啾光纤光栅的动态PMD补偿

为了解决高速光纤通信系统中偏振模色散(PMD)补偿问题,提出了基于高双折射线性啁啾光纤光栅的线性应变梯度悬臂梁的结构设计;同时,考虑到波分复用系统中不同信道PMD值不同,提出了取样啁啾(CSP)与周期啁啾(CGP)的等效,通过应变测试,验证了等效啁啾的可行性。利用带有CSP的高双折射取样光纤光栅制成多信道PMD补偿器,并进行了40 Gb/s的传输系统PMD补偿实验,最大可补偿差分群时延(DGD)为58.6 ps,补偿后信号眼图张开度有明显改善,信号传输误码率可降至3.59e-16。

用于应力双折射分布测量的多构型扫描系统设计

为了实现对不同构型光学样品进行应力双折射分布测量,在使用双弹光调制方法的基础上,设计了一种应用于双折射分布测量的多构型扫描系统。该系统在保证测量的高分辨率的同时,通过保持激光器静止,同时使样品进行快速移动,提高了测量精度与广度。在样品测量方面,采用633 nm(1/4)玻片测试,测试相对误差的范围为0.79%~0.95%,波动范围为0.12 nm,标准差为0.0352;采用BK7玻璃样品测试,波动范围为0.25 nm,标准差为0.0389。在扫描精度方面,连续扫描精度误差不超过0.05 mm,连续寸动扫描精度误差不超过0.009 mm。对比实验结果可得出,该多构型扫描系统可有效解决对样品任一区域实现高精度应力双折射测量的问题。

光的双折射实验探究

针对理论与实验教学中对光的双折射研究不够深入的问题,在已有光的偏振实验基础上,研究线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光通过冰洲石的过程,实现双折射实验与光的偏振实验的有效融合。新实验不仅有助于难点知识的学习,更有助于知识拓展及观察能力、思考能力、动手能力的培养与提高。

基于偏光干涉的压力对边孔光纤双折射性能的影响

利用耦合模理论和弹光效应原理研究了边孔光纤双折射与压力的依赖关系。仿真结果表明,双折射变化受到压力大小和作用方向共同影响。保持压力大小不变,双折射数值随作用方向呈余弦变化,且在π/2的偶数倍和奇数倍方向上分别取得最大值和最小值。保持作用方向不变,双折射数值与压力大小呈线性关系。当作用方向θ∈(kπ-π/4,kπ+π/4)(k∈Z),双折射数值随压力呈线性增加,而θ∈(kπ+π/4,kπ+3π/4),双折射数值随压力呈线性减小,在θ=kπ+π/4时,双折射数值基本不变。最后,基于偏振光干涉的实验装置测量了不同压力大小和作用方向下的双折射,实验结果与仿真结果相关系数r为0.9922,在误差许可范围内,二者吻合较好。

双折射多普勒风成像干涉仪光学失配下视场特性研究

对中高层大气风场高分辨率、高精度探测能为理解大气波动、耦合过程及物质能量输运特征提供数据支撑。双折射多普勒风成像干涉仪具有稳定性好、小型轻量、装校难度低等优势,是探测中高层大气风场的有效手段。基于双折射多普勒风成像干涉仪的琼斯矩阵模型,模拟四分区视场中步进相位的变化情况,并对不同光学失配情况下风速极大值条带的分布情况和仪器可用视场范围进行分析。结果表明,在正常情况下,视场中存在相位步进值为0°和180°的特殊条带,导致探测视场受限。当延迟板晶体相对旋转失配时,条带数量增加,导致可用视场范围变窄,且随着旋转角度的增大,可用视场范围逐渐缩小;当延迟板存在倾斜失配时,可用视场范围不变,但是会在整体视场中平移,随着倾斜角度的增大,可用视场范围并不随之变化;如果仪器整体发生偏转,风速测量误差极大的区域会略微弯曲,但实际可用视场范围不变。该研究将为双折射多普勒风成像干涉仪研制、装校维护及风场探测实验提供理论指导。

基于太赫兹时域光谱系统的双折射率晶体非接触式表征方法

晶体的各向异性探测技术正逐渐向非接触和非破坏性方法发展。太赫兹辐射由于其对许多介电材料的大穿透深度和非电离特性,在各向异性材料的双折射研究中具有广阔的前景。石英、蓝宝石、液晶以及含有亚波长结构的超材料等都表现出太赫兹双折射,作为偏振功能器件中的常用材料,其参数测量对于太赫兹器件研发具有重要意义。材料双折射率的提取往往依赖光轴方向和晶体厚度等先验参数。材料的光轴方向表征其各向异性的优先方向,对于已知光轴取向的晶体,可以根据经验选择合适的琼斯向量,而在实际应用中,只要选择探测太赫兹波的线偏振方向、光轴、探测轴。可以很容易地测量出寻常光和非常光,并直接从时域信号中计算出各自的折射率。对于光轴方向未知的材料,需要旋转样品以不同的方位角进行测量。双折射率的提取依赖于材料厚度的确定,通过游标卡尺或千分尺所得测量值与真实值存在较大差异,容易在样品表面造成划痕。无论是旋转样品还是厚度测量,人为操作都会为双折射率表征引入不确定性。基于透射式太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)开发了一种双折射晶体光轴方向和晶片厚度的非接触式测量方法,不依赖于晶体先验参数,即可获取晶体完整的折射率。通过控制样品旋转配合光学延迟线动作实现光轴自动定位,利用传递函数迭代逼近算法提取晶体厚度和完整的折射率。为验证该方法,选择了在太赫兹波段具有双折射特性的(10-10)取向蓝宝石晶体进行测量,准确地提取了晶体在0.3~1.5 THz频率范围的平均寻常光折射率3.39±0.02,非常光折射率3.08±0.02,双折射率-0.31±0.02,并绘制了吸收谱。结果证明,所建立的测量方法避免了人工操作引起的样品损坏和定位误差,提高了双折射晶体太赫兹频段材料参数的测量速度、稳定性和精确度,对偏振敏感太赫兹测量技术及其应用具有重要意义。

高双折射光子晶体光纤的设计与传感特性分析

为了提高光纤的双折射率以及传感灵敏度,提出了一种基于椭圆形孔阵列的光子晶体光纤,通过空气孔调制光纤的折射率分布,有效的提高了光纤的双折射率,并基于全矢量有限单元分析法,研究了光纤色散、限制损耗以及温度传感特性。仿真结果表明,孔阵列椭圆率为2时,光纤的双折射率高达1.92×10^(-2),且限制性损耗低至10^(-10) dB·km^(-1)数量级,同时色散约为-15.54ps·km^(-1)·nm^(-1)。通过填充液体增敏的方式,有效提高了光纤基模的热光系数,热光系数高达9.5×10^(-5)/℃,可用于高灵敏度光纤温度传感。

残余线双折射对于全光电流互感器工作点稳定性的影响

保椭圆光纤中残余线双折射易受环境影响,导致光纤电流互感器(FOCT)性能易受环境影响。利用四元数方法,理论分析了因残余线双折射的存在,将导致全光纤电流互感器的工作点不稳定问题。结果表明,保椭圆光纤的圆双折射与残余线双折射之比RCL(圆/线比)的大小直接影响工作点的稳定性,总的趋势是随着RCL的增加,工作点越稳定。当RCL<2时,工作点极不稳定;当RCL>4后变得相对稳定。因此,参数RCL是一个衡量保椭圆光纤的重要指标,应在制作全光电流互感器前进行测定,确保FOCT的性能。

迭层式双折射膜系双频激光器

为了简化双折射双频激光器的结构 ,减小激光谐振腔的调节难度 ,增强频差的稳定性 ,构建了一种以迭层式双折射膜系为双折射元件产生频率分裂的新型双频激光器。迭层式双折射膜系由反射膜、双折射膜和增透膜等层叠组成 ,不同的膜层独立地完成不同的功能。实验中综合利用横向塞曼效应和He Ne激光器的腔内双折射效应 ,获得了约 7.5MHz的频差。

具有高双折射特性的空芯反谐振光纤

为了解决现有提高光纤双折射率方法中光纤结构复杂、制造难度大的问题,设计了一种具有高双折射特性的空芯反谐振光纤。光纤的包层由包层环、4个半管及半管内嵌套的1对小圆组成。采用有限元法分析了光纤的结构参数对其双折射、传输损耗、限制损耗及吸收损耗的影响。仿真结果表明:改变半管直径对双折射的影响较小;通过调整光纤中水平方向与垂直方向半管的厚度差异,可以使光纤获得高双折射,在0.25 THz的宽频率范围内,双折射率大于1.5×10^(-4),同时保持传输损耗小于10 dB/m。

高双折射椭圆纤芯类矩形排布光子晶体光纤的性能研究

高双折射光子晶体光纤具有较强的线偏振光保持能力,采用Bi_(2)O_(3)-GeO_(2)-Ga_(2)O_(3)多组分激光玻璃材料作为纤芯设计了独特结构的高双折射光子晶体光纤。运用有限元法结合完美边界条件,得出该光子晶体光纤在1.55μm和1.80μm波长下,双折射系数分别为5.207×10^(-2)和6.882×10^(-2)。在1.55μm波长处,X和Y极化方向的限制损耗分别为1.386×10^(-5)dB/km和5.386×10^(-7)dB/km。非线性系数表明,结构参数M(D/Λ)分别为0.7和0.8的光子晶体光纤,非线性系数在X和Y极化方向上,范围分别在4.374×10^(3)-4.906×10^(3)km^(-1)·W^(-1)和5.621×10^(3)-6.978×10^(3)km^(-1)·W^(-1)之间。本文所设计的高双折射光子晶体光纤的独特结构和优异性能特点,为光通信和光传感等应用领域提供了新的解决方案。

第一性原理研究Ba_(3)(PS_(4))_(2),YPS_(4),Pb_(3)(PS_(4))_(2)和BiPS_(4)的电子结构与双折射性质

基于密度泛函理论对P-S配位四面体与四种不同阳离子构成的金属硫代磷酸盐Ba_(3)(PS_(4))_(2)、YPS_(4)、Pb_(3)(PS_(4))_(2)和BiPS_(4)的电子结构和光学性质的理论机制进行分析。Ba_(3)(PS_(4))_(2)和Pb_(3)(PS_(4))_(2)为间接带隙,带隙分别为2.074和2.271eV,YPS_(4)和BiPS_(4)为直接带隙,带隙分别为2.105和1.534eV。四种化合物在价带顶都产生P原子与S原子轨道的p-p杂化。并且得到Ba_(3)(PS_(4))_(2)、YPS_(4)、Pb_(3)(PS_(4))_(2)和BiPS_(4)的静介电常数分别为5.41,5.44,7.26和8.22。Ba_(3)(PS_(4))_(2)、YPS_(4)和BiPS_(4)在1064nm处的双折射率分别为0.068,0.162和0.125,而Pb_(3)(PS_(4))_(2)属于立方晶系,双折射率为0;P-S键呈共价性,Y-S键、Pb-S键和Bi-S键皆具有较强的离子性。各向异性大小YPS_(4)>BiPS_(4)>Ba_(3)(PS_(4))_(2),Pb_(3)(PS_(4))_(2)表现为各向同性。

基于高双折射侧边抛磨光子晶体光纤的表面等离激元共振双参量传感器

利用表面等离激元共振(SPR)技术设计了一款高双折射光子晶体光纤(PCF)传感器,可以实现宽范围的双参量高灵敏度传感.采用侧边抛磨的结构,内部空气孔呈三角晶格排列.金纳米层涂覆在抛磨面直接与待测物接触作为测量折射率RI的通道,更加方便检测工作的进行,靠近纤芯的椭圆孔内充满氯仿用来探测温度.两个独立的通道以及由非对称引入的双折射可以确保独自测量折射率和温度的变化,解决了交叉灵敏度问题.借助全矢量有限元软件COMSOL Multiphysics,灵活使用散射边界条件可以很好的对光子晶体光纤传感器的光学特性进行数值分析研究.实验结果表明,文中提出的传感器可以测量折射率范围为1.32~1.39,温度范围是20~60℃,在500~1100 nm的波长范围内可以观察到明显的表面等离激元共振效应.为了进一步分析该结构的性能,对主要结构参数(抛光面金膜厚度m_(1)、Ta_(2)O_(5)厚度m_(2)、中心空气孔直径d1以及占空比)做了研究分析.仿真结果得到折射率传感下的平均波长灵敏度5700 nm/RIU,最大波长灵敏度13200 nm/RIU,最大振幅灵敏度818.44 RIU^(-1),传感器的折射率分辨率为1.75×10^(-5)RIU.温度传感范围为20~60℃,得到最大波长灵敏度为2.6 nm/℃,最大振幅灵敏度为0.363℃-1,以及传感器的温度分辨率为3.84×10^(-2)℃.该工作对于高灵敏度、实时、分布式、多参量测量SPR传感器的设计和实现具有指导意义.

线性双折射对光纤电流互感器影响的研究

应用琼斯矩阵理论分析传感光纤中残余线性双折射对光纤电流互感器测量精度的影响。根据干涉结果得到在传感光纤中加入大量圆双折射可以抑制残余线性双折射,并提出有效的减小线性双折射误差的方法。

高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度研究

理论推导了高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度公式,讨论了在高双折射光纤材料和入射光源不变的前提下,高双折射光纤长度以及作为敏感元件的传感长度与传感器轴向应变灵敏度的关系,讨论了入射光源相同时高双折射光纤材料与传感器轴向应变灵敏度的关系。结果表明:在高双折射光纤材料和入射光源不变的前提下,高双折射光纤环镜波长变化与轴向应变成线性关系,线性灵敏度为高双折射光纤材料和入射光源中心波长决定的常数,与接入的高双折射光纤长度、作为敏感元件的传感长度无关。