可用于天空偏振场导航的超分辨光学相机

天空偏振光场可以用于导航,但目前尚未出现一款可应用于实际的偏振导航系统,其原因之一是用于采集天空偏振光场的成像相机尚未有统一规格.本文设计了一款可以兼顾天空偏振场导航的超分辨成像的偏振光学相机.应用分焦平面偏振探测器实现快速偏振图像信息获取,采用快速移动平台与光学系统融合设计的方法满足对特殊高分辨率要求,给出了相机系统的设计结果,介绍了超分辨偏振相机的标定方法并实现了精准标定,获取了用于图像与探测器之间位移控制的精准电压曲线.应用该数据准确实现了对目标场景的偏振图像获取,同时高质量获取了天空偏振场分布数据.本文所给出的研究结果具有达到衍射极限的成像能力,光学相机具有小于50μm的场曲、小于0.7‰的畸变,同时又具有优于2倍及以上的超分辨成像能力,以高质量线偏振图像数据的获取为后续偏振精准导航和偏振特征测量提供原始数据基础.

基于正交偏振场的双光学控制方案获得孤立阿秒脉冲产生

利用强场近似理论开展了基于正交偏振场的双光学控制脉冲与氦原子相互作用产生高次谐波和阿秒脉冲发射的理论研究.这里的正交偏振场由具有一定时间延迟、振幅相等且呈正交偏振的两束线偏振脉冲构成,双光学控制脉冲是在正交偏振场的驱动脉冲电场方向附加一束线偏振二次谐波脉冲.研究发现,若合理地调整正交偏振场中两束线偏振脉冲之间的时间延迟及附加二次谐波场与驱动脉冲电场之间的相对相位,可得到效率较高且在整个平台区及截止位置附近皆连续的高次谐波发射谱,傅里叶变换后实现了143 as孤立短脉冲的辐射.相比于利用两束反旋圆偏振脉冲附加二次谐波场的双光学控制方案,该方案不仅克服了对入射驱动脉冲脉宽和强度的限制,而且避免了偏振门前端光学周期引起的气体介质电离不利于谐波相位匹配的弊端.

二维光子晶体板动量空间中的偏振场(特邀)

二维光子晶体板的介电常数分布具有面内的空间周期性,并支持可辐射到自由空间的导模共振。这些辐射到远场的模式可以用动量进行标记,并具有偏振态,因此可以定义动量空间中的偏振场。通过研究不同结构参数和对称性下偏振场的特性以及与外界相互作用的规律,能够为光场操控提供新思路。本文介绍了二维光子晶体板在动量空间中的偏振场的相关特性,并综述了近年来相关的研究和应用。

基于圆对称径向双折射的径向偏振场光纤

当面向高功率径向偏振场激光的产生和传导时,在光纤内实现高的模式区分度与大的模场面积一直是核心的技术挑战。基于此,提出一种全新的径向偏振场光纤设计方案,通过在纤芯内部引入圆对称的径向分布热应力场,使得纤芯内形成径向双折射效应,有效打破常规光纤中偏振模式之间的简并,使TM01模、TE01模和HE21模的有效折射率差为10-4量级,从而将TM01径向偏振模区分出来。同时,此类径向偏振场光纤更易实现TM01模场的大模面积设计。

利用两束同色圆偏振激光场产生水窗区间阿秒脉冲

数值研究了氦原子在两束同色圆偏激光场下发射高次谐波以及阿秒脉冲的特点.计算结果表明,当适当调节两束激光场的波长,相位以及时间延迟时,不仅高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,而且谐波的强度也有较大的增强,形成了一个500 e V的超长平台区.最后,通过适当的叠加谐波平台上的谐波,可获得一系列脉宽为35 as左右的水窗区间阿秒脉冲.

大视场偏振成像仪的相对辐射校正研究

设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程。依据信号还原入射光的反演顺序,分析非均匀性干扰信息,依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正。在轨测试期间,设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测数据快速检验方法,满足了大视场偏振成像仪的相对辐射性能检测需求。实验数据表明,单点相对辐射响应差异均小于4%,相对辐射校正方法合理有效。相对辐射校正和在轨快速检验的方法为相关大视场偏振成像仪的研制和在轨辐射定标提供了参考。

正交偏振双色激光场作用下生成的孤立阿秒脉冲

我们理论研究了正交偏振双色激光场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生.当y方向加一束中红外激光脉冲(12.5 fs/2000 nm),x方向加一束强度较弱的激光脉冲(12 fs/800 nm)时,我们得到从250 eV到350 eV的超连续谐波平台,在平台范围内叠加50 eV的谐波,可以得到一个脉宽约为97as的孤立阿秒脉冲.通过时频分析,我们解释了高次谐波发射的物理机制.

单轴晶体中杂化偏振矢量涡旋光场的传输特性

为了实现光场的偏振态调控,对拥有复杂偏振态分布的杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性展开研究.基于光束在各向异性单轴晶体中的傍轴矢量传输理论,推导出杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中传输的具体表达式.通过数值模拟,得出了不同参数下杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中传输的演变规律.结果表明,光束半径、传输距离以及单轴晶体的e光和o光折射率比值对杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中的强度分布、偏振态分布、自旋角动量分布以及涡旋相位分布有调节作用.光束半径越小,传输距离越大,单轴晶体的各向异性强度越大,则对杂化偏振矢量涡旋光场的传输特性影响越大.

基于FORTRAN的组合圆偏振激光场下电子动量分布仿真

基于FORTRAN语言编程,通过对二维含时薛定谔方程数值求解,计算机数值模拟氦离子在两束圆偏振激光脉冲组成的激光场下的光电子动量分布。模拟结果发现光电子动量分布受激光场中两束激光脉冲波长和旋向的影响。

基于FORTRAN的双色圆偏振激光场光电离的电子涡旋研究

通过求解二维含时薛定谔方程的方法研究了双色反旋圆偏振激光场中He+光电子的电子涡旋。我们用FORTRAN语言编程模拟He+在双色反旋圆偏振激光场中光电子动量分布,发现He+在双色反旋圆偏振激光场中光电子动量分布呈涡旋结构,并且当改变两束激光脉冲的发射顺序时,电子旋涡也会随之发生改变。同时,我们还发现反旋激光场的电子涡旋旋向的变化受两束激光的发射顺序影响。我们利用激光场脉冲的矢势轨迹来揭示电子涡旋的变化规律。

反旋双色圆偏振激光场下Ar原子非次序双电离研究

应用经典系综方法模拟了反旋双色圆偏振激光场下Ar原子非次序双电离过程.双电离概率随激光强度变化曲线呈现出"knee"结构,表明了明显的电子关联特征.通过调节倍频与基频激光场的场强比可以实现对双电离的增强或抑制以及最优化.在"knee"结构区域的不同场强下,这种调控机制具有相似性.通过分析重碰撞和激发电离的时间特征,进一步讨论了反旋双色圆偏振激光场的强度对不同电离通道的控制规律.

正交偏振双色激光场作用下高次谐波的椭偏特性研究

通过数值求解二维含时薛定谔方程,理论研究了正交偏振双色激光场作用下H2+分子高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生.数值结果显示,改变激光场的强度比,可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率.结果表明随着场强比的增加,y方向的谐波强度不断提高.当场强比为1:2.5时,x方向和y方向分别仅有奇次谐波和偶次谐波产生,并且偶次谐波的强度比奇次谐波强度高2-3个数量级.此时,奇次谐波的椭偏率最大可以达到0.3,偶次谐波的椭偏率接近于0.此外,通过改变分子的准直角可以控制谐波的椭偏率,基于这一现象,利用椭圆偏振高次谐波的平台区合成了椭偏率为0.05的椭圆偏振阿秒脉冲链.

弱场偏振探测技术灵敏度及噪声的定性分析

弱场偏振探测技术是分子取向探测技术的一种。该探测技术不会破坏无外场取向分子的量子状态从而便于取向后的分子进行各种实际应用,因此这种技术在分子取向的研究中运用较为广泛。详细介绍了弱场偏振探测技术和其改进技术——平衡弱场偏振探测技术的探测原理和实验系统组成,以泰勒级数为基础采用近似方法分析、比较了两种探测技术的灵敏度,探讨了二者的噪声来源和影响。研究发现,在分子取向度较小时,后者的灵敏度比前者较强;探测激光能量涨落较大时,后者的噪声明显低于前者;探测激光能量涨落可以忽略时,二者的噪声大小比较接近。

在正交偏振双色激光场中原子电离过程的理论研究

基于非微扰量子电动力学的频域理论,研究了原子正交偏振双色激光场中的电离过程。研究表明,在两色低频激光场中,两束激光场在电离过程中起了相同的作用。在低频和高频双色激光场中,电离谱呈现出多平台结构,并且两束激光场起了不同的作用,其中低频激光场决定每个平台的宽度,高频激光场决定原子的电离几率。该研究可为原子在正交偏振双色激光电离过程的实验研究提供科学的理论依据。

天空实时全偏振成像探测器设计与搭建

生物利用天空偏振光进行导航的方式给科研人员很大的启发,越来越多的学者正在进行这方面的研究。精确的天空偏振场图是进行偏振导航的前提条件,为了获取更加准确的天空偏振场图,许多成像式偏振探测装置被开发出来。本文提出了一种新型的实时全偏振一体式成像探测传感器,可以获取全参数Stokes矢量,进而解算出目标的AOP、DOP、LDOP和CDOP等信息。基于C++语言和OpenCV库,采用MFC架构开发了上位机程序,实现了目标偏振信息的实时显示。在最大分辨率下,视频流的刷新率为3frame/s,基本满足了实时探测的需要。对晴朗天气条件下天空偏振场图进行了实际探测,实验过程中探测器性能稳定,天空偏振场图与瑞利散射模型具有较高的一致性,太阳子午线动态识别误差为0.01°~0.23°,初步证明了探测器的可靠性,为后续工作奠定了基础。

连续变量光场偏振态的可逆控制系统

连续变量光场偏振态的量子隐形传态不仅适合于远距离的量子态传输,而且可以直接和原子节点相互作用。实现连续变量光场任意偏振态的可逆控制是实现其量子隐形传态的关键。设计和实现了基于现场可编辑逻辑阵列的连续变量光场偏振态的可逆控制器。利用振幅分割型偏振测量方法和波片型偏振控制方法,实现了光场偏振态的测量与控制。通过算法优化和半开环结构设计,对于任意偏振态的测量误差平均值小于0.543°,转换误差平均值小于0.474°,还原误差平均值小于0.636°。该系统能够实现初始偏振态和预设偏振态之间有效转换,为连续变量偏振态的高效量子隐形传态的实现提供了必要的技术支撑。

平行偏振三色场对原子非次序双电离的调控

本文利用三维经典系综模型研究了平行偏振三色场中He原子的非次序双电离.利用强度相同的1600 nm和800 nm脉冲组成驱动场,低强度的400 nm脉冲作为控制场.研究结果表明,第一次返回碰撞轨道、奇数次返回碰撞轨道(不含第一次返回碰撞)和偶数次返回碰撞轨道释放的电子对和离子分别处在电子关联动量谱和离子动量谱上的不同区域.通过改变控制场的相位,可以很好地控制不同返回次数碰撞轨道在双电离中的占比,进而实现对电子动量分布和离子动量分布的控制.另外,多次返回碰撞导致的双电离以碰撞电离机制为主,而第一次返回碰撞导致的双电离以碰撞激发电离机制为主,所以通过改变控制场的相位也能实现对双电离机制的调控.

利用正交偏振双色场产生孤立阿秒脉冲

利用强场近似理论开展了正交偏振双色场与氦原子相互作用产生高次谐波和阿秒脉冲的理论研究。正交偏振双色场由少周期的4 fs钛宝石驱动脉冲激光和与它偏振方向垂直的8 fs倍频控制脉冲构成。研究发现,通过合理选择两束脉冲之间的相对相位,能够控制高次谐波发射过程中长、短电子轨道的选择。当相对相位调整为1.2π时,平台谐波主要来自短轨道电子的贡献,由于其运动时间短、波包扩散少,且没有与长轨道电子谐波产生干涉,沿驱动脉冲电场方向的高次谐波谱具有较高强度和较小调制幅度的超连续平台区,通过对第120次到第180次超连续谐波进行傅里叶变换,可产生脉宽为54 as的高强度孤立阿秒脉冲。所提方案对组合脉冲相对相位的选取要求并不严苛,在0.3π的变化范围内皆可获得脉宽较短的孤立阿秒脉冲,同时控制脉冲电场强度的变化对上述数值模拟结果的影响也很小。

基于超表面波带片的远场偏振全息加密

超表面是一种具有灵活的偏振操纵功能的新型材料。为了获得远场偏振全息图像,通常需要添加透镜等光学元件。笔者利用超表面波带片的灵活偏振操纵及聚焦功能实现了一种新颖的远场偏振全息加密技术。在该技术中,两个自旋复用的超表面波带片被集成到单个介质超表面器件中,其中超表面的振幅(右旋圆偏振转化率)用来编码奇数和偶数环形区域的波带片,而其相位调制则用来编码透射右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的两个全息图。此外,二维码(QR码)和振幅型/相位型全息图用于进一步隐藏加密信息,以提高信息的安全性。所提加密技术有望进一步提升数据安全性和隐私保护水平,推动光学信息加密和高密度数据存储等领域的技术发展。

时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪的全视场偏振信息探测研究

基于Savart板的新型时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪(TSMPIIS)是一种静态、小型化、高稳定性的遥感偏振探测器件,可以用来实现对目标的光谱信息以及偏振信息的探测.目前,已经确立了通过旋转TSMPIIS偏振片法来实现测量的方案,然而该方案破坏了TSMPIIS系统原有的稳定结构,降低了仪器的测量精度和可靠性.为克服旋转偏振片法的不足,本文从TSMPIIS的探测原理出发,通过分析和计算TSMPIIS的Mueller矩阵,推导出了全视场角度的TSMPIIS旋转偏振探测法的基本公式,论证了TSMPIIS全视场偏振信息探测的可行性和准确性,为TSMPIIS的遥感探测以及Stokes参数的反演提供了理论依据,进一步拓展了TSMPIIS遥感探测的优越性.