正交偏振干涉的矢量光场分析和检测

在大学物理中,光的干涉和衍射现象是描述光的粒子性和波动性非常常见的内容。那么光的干涉需满足相干条件,即两束光具有相同的偏振态、相同的频率和固定的相位差。因此,在标量衍射理论中,完全正交偏振的光不能够发生干涉现象。为拓展和探究正交偏振态下两束光相遇时光场的矢量变化,本文构建了基于马赫-曾德尔配置的正交偏振光(即正交线偏振和正交圆偏振)相干涉而产生的光场,利用检偏器检测光场的矢量特征及条纹分布情况。结果表明正交偏振光相干涉产生了周期性的矢量光场。该研究能够帮助学生更加直观的掌握波片及偏振片调制不同偏振态的光束并实现矢量光场的检测和分析。

单矢量差分幅度相移键控正交频分复用水声通信研究

为了在不牺牲通信带宽利用率的前提下,进一步提高水声通信质量,在描述高阶差分幅度相移键控调制技术和单矢量信号处理技术的基础上,基于矢量水听器和高阶差分调制技术,提出一种应用于正交频分复用(OFDM)通信体制中的高速水声通信系统。根据实际水域声速梯度真值,利用信道仿真软件建模实际水声信道,仿真研究通信系统在此信道下的通信性能。研究结果表明:对矢量水听器采集的声压和振速通道信号进行p+3vc线性联合处理可获得增益,单矢量差分幅度相移键控OFDM通信系统比标量差分幅度相移键控OFDM系统的通信效果有明显改善,验证了该系统的可行性和优越性。

偏振正交性对偏振相移干涉检测精度的影响

为了提高线偏振相移干涉检测的精度,分析了参考光和测试光的偏振方向正交性对该项检测技术的影响。分析了线偏振相移干涉的原理,提出偏振非正交引起的检测误差与波像差有关,且检测误差峰谷值与测试光和参考光振幅之比以及偏振非正交量成正比。讨论了偏振非正交产生的原因,认为测试光在被检元件表面的折射或者反射都有可能引起偏振非正交。针对不同被检元件,给出了减少偏振非正交的几种方法,包括合理镀膜、选择合理入射角偏振方向等。通过Skip-Flat检测对理论分析进行了验证。结果显示,对于入射角为45°的检测光路,偏振正交性引入的检测误差呈现与条纹一致的分布,峰谷值为0.174 1λ,这与理论分析相吻合。文章指出,进行偏振相移干涉检测时,需要针对不同的被检元件进行分析,以确保偏振非正交产生的检测误差能够满足技术要求。

相干光正交频分复用系统偏振模色散研究

相干光正交频分复用系统(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)具有良好的色散抑制性能及简单有效的信号均衡算法,是近年来光传输领域的研究热点之一。偏振模色散严重影响高速传输,色散均衡复杂,计算负荷较大。文章介绍了一种基于偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)和偏振分集接收(Polarization Diversity Receiver,PDR)的CO-OFDM系统(MIMO CO-OFDM),可有效实抑制一阶PMD,并对系统信号传输机理及均衡算法以进行了数学分析。分析和仿真结果表明,在不需任何偏振控制器条件下,CO-OFDM系统可实现偏振光的不敏感接收,以10Gb/s的速率通过单模光纤传输800km,系统Q值保持在15dB以上。

实时输出视频的水下主动偏振成像

针对在水下主动偏振成像方法中,需要机械旋转相机前的检偏器获取正交偏振态图像,导致无法实时输出去后向散射视频的问题,提出了实时输出视频的水下主动偏振成像方法。首先,本方法将正交偏振切换位置从相机端更换到光源端,而相机端的检偏器偏振状态保持不变,并论证了此改变并不影响去后向散射的效果;然后,设计了阵列正交偏振光源,即光源由偏振态正交的两组LED灯珠交错排列组成,通过独立的驱动电路分别控制两组灯珠,输出偏振态正交的偏振光,从硬件上取消了偏振态切换的机械结构;第三,设计了同步控制装置,分别控制光源输出的偏振态和相机拍照,实现了正交偏振态图像数据的采集;最后,通过流水线式主动偏振图像处理方法,实现实时的视频输出。实验结果表明,本方法可以实时输出去后向散射视频,且在去后向散射性能上,与机械式主动偏振成像方法性能接近,两者去后向散射性能的背离度均低于4%,图像EME值增长倍数最大可达17.96。本方法具有结构简单、成本低、输出帧频不受影响以及相机选择性多等优点,能够广泛应用在水下成像领域。

光偏振复用正交频分复用系统中基于联合近似特征矩阵对角化-独立分量分析的盲均衡算法

该文提出一种在光偏振复用正交频分复用(PDM-OOFDM)系统中基于联合近似特征矩阵对角化-独立分量分析(JADE-ICA)的盲解偏振复用算法。在传统的偏振复用系统中,恒模算法(CMA)被用于解偏振复用信号。然而,该方法需要多次对CMA滤波器系数更新,CMA收敛时间较长,并且CMA算法解偏振复用可能导致奇异性问题。该文结合对经典ICA算法及其模型的分析,提出将JADE-ICA算法用于PMD-OOFDM系统中进行解偏振复用信号。利用该方法,可以分离在发送端和接收端混有高斯白噪声的偏振信号成分,并且提高了系统中偏振信号的分离性能;同时,避免了传统CMA在解偏振复用中的奇异性问题。仿真结果表明,该文方法可以有效分离PMD-OOFDM系统中的偏振信号。

相干光正交频分复用系统中的一阶偏振模色散研究

相干光正交频分复用系统(Coherent Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CO-OFDM)以其较好的色散抑制性能和简单有效的信号处理技术,是近年来光传输领域的研究热点。对于高速CO-OFDM传输系统,偏振模色散(Polarization-mode-dispersion,PMD)带来OFDM信号展宽及输出偏振态的不同,严重影响系统传输性能。文章对一阶PDM影响下CO-OFDM系统(PMD-CO-OFDM)的数学模型和作用机理进行分析,并通过仿真加以验证。结果表明,一阶PMD效应对OFDM信号附加与子载波频率相关的余弦因子,降低系统传输性能,通过信道均衡可有效去除此影响;另外,PMD效应一定程度上减弱子载波相关性,可抑制系统光纤非线性效应,在不考虑色散条件下PMD-CO-OFDM系统以10Gb/s的速率在单模光纤传输240km,差分群时延为50ps时较30ps系统Q值提高约0.2dB。

正交偏振光谱微循环成像方法及装置

鉴于微循环图像成像质量的提高是微循环检测仪器实用化的关键,提出一种新的微循环检测方法及装置。利用基于该原理的正交偏振光谱成像仪器进行了实验,得到对比度清晰的甲襞微循环图像。用线性偏振光聚焦照射被测生物组织时,从组织表面反射回来的光保持了其偏振态,被放置在CCD前的偏振方向垂直的检偏器屏蔽掉;从组织内部返回的光发生复散射后退偏,通过检偏器成像。选择光源波长,使其落在红血球的吸收谱范围内,即可得到清晰的生物活体浅表面微循环图像。

正交偏振激光角度测量技术综述

机械导轨运动副滚转角的高精度测量一直是一个难题。研究了很多光学方法,但由于其角位移方向正好垂直于探测光束,所以仍没有得到很好的解决。利用激光偏振面对旋转的敏感性,通过测量由此引起的正交偏振激光光强、相位或频差的变化,可有效地解决滚转角的测量问题。介绍了目前国内外基于正交偏振激光的滚转角测量技术,根据其测量原理分为光强差测量、相位差测量和频率差测量三类。对每种测量方法的原理和发展现状进行了评述,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。

直接检测光正交频分复用系统一阶偏振模色散研究

基于直接检测的光OFDM系统(DDO-OFDM),实现简单、成本较低,对未来高速光传输具有重要的借鉴价值。而在高速传输中,偏振效应带来OFDM信号展宽及输出偏振态的不同,严重影响系统传输性能。对DDO-OFDM系统中的一阶偏振模色散(PMD)作用机理和数学模型进行分析,结果表明,DDO-OFDM系统中一阶PMD仅对OFDM信号子载波信号幅度附加余弦因子,通过信道均衡,可有效去除此噪声影响,差分群时延为50ps条件下,以10Gb/s的速率在单模光纤传输800km,DDO-OFDM系统Q值为16dB,较色度色散影响下系统性能仅有0.3dB降低。

基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值,研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率,与激光干涉仪的比对实验表明,该系统的分辨率为79nm,量程为15mm,线性度为5.4×10^(-5),标准差为380nm。

Ce:KNSBN晶体正交偏振写入光两波耦合特性

研究了Ce :KNSBN晶体在正交偏振光记录条件下体光栅的两波耦合特性 .实验测量了两波耦合增益系数随泵浦光偏振方向与入射面夹角 φ的变化规律 ,当夹角 φ等于 2 0°或 16 0°时 ,光栅具有最大耦合增益系数 .给出了增益系数随夹角 φ变化规律的数值计算结果 .数值计算结果与实验测量结果较好地吻合 .

Y型腔正交偏振氦氖激光器及其基本特征

研制了基于Y型腔结构的正交偏振氦氖激光器,介绍了该激光器的基本结构和基本原理。实验研究了该激光器的输出光模式、输出光功率、输出光频差调谐特性和频差闭锁特性。通过改变共用段反射镜上压电陶瓷的电压,观察了激光器闭锁状态时两偏振光光强随着总腔长调谐变化的规律,并分析了闭锁状态下不同偏振态纵模之间的相互作用机理。与以往产生双频激光的方案进行对比,分析了Y型腔正交偏振氦氖激光器的特点,给出了其在频差稳定性方面的优势和制约因素。实验结果表明,利用Y型腔结构可以实现氦氖激光器的频率分裂,激光器最大输出功率约为235.2μW;通过调节共用段反射镜上压电陶瓷的电压可以线性调节激光器的输出频差;实验中激光器的频差为22～1 018MHz,闭锁阈值频差约为22MHz。

偏振正交法抑制双向传输系统瑞利干涉噪声

瑞利后向散射引起的干涉噪声是双向光纤传输系统的主要噪声来源。本文对单模光纤双向传输系统中瑞利后向散射的一般理论和偏振特性进行了分析,并提出了采用偏振正交法减小干涉噪声的方法。建立了10 GHz模拟RF信号单波长双向传输系统,并采用偏振旋转器件实现正、反向传输光的偏振近似正交传输。通过数值模拟,分析了本系统瑞利后向散射偏振状态与入射光偏振状态、反向光偏振旋转角的关系,进一步分析了系统干涉噪声抑制水平。模拟分析结果表明,在80°～90°范围内旋转偏振态,能够使瑞利后向散射降低至少一个数量级;系统信噪比提高了近15倍。利用偏振正交法减小双向传输系统的干涉噪声,有对偏振旋转的精度要求不高、容易操作的优点。

光偏振正交时域合成的微波三角波信号产生研究

本文提出并分析一种光偏振正交时域合成产生三角波信号的方案。该方案运用马赫曾德调制器的特性将恰当正弦调制的光信号利用偏振分束器分为偏振正交的两路,通过延时线让两路之间产生特定延时,再用偏振合束器合为一路,在光电检测后可获得微波三角波信号产生。理论上,对三角波的产生可行性进行推导分析。实验中分别得到重复频率为6 GHz,5 GHz,3GHz的三角波信号,波形清晰稳定。这一方案不但保持光子技术产生三角波方案的优势,而且实验结构简单,操作灵活,性能良好。

正交偏振激光科学研究进展与教学

本文介绍正交偏振激光器的研究进展(特别是最新进展)和引入教学的实践。第一部分是与正交偏振激光相关的现有激光课程涉及的基本内容，也是以下各部分的基础。第二部分，您能清楚地了解塞曼激光和四频环形激光器的原理，它们输出正交圆(或线)偏振激光。从第三部分开始，您将得到大量已有教科书和专著中还没有的(或提到但没能展开)

非线性发散抛物型梯度折射率棒中的两正交偏振光束

研究非线性发散抛物型梯度折射率棒中两正交偏振高斯光束的传播特性。

纵模分裂式正交偏振双频He-Ne激光器

在激光器谐振腔中放入单轴石英晶体，由于石英晶体对ｏ光和ｅ光的折射率的不同，所以，在同一谐振腔中ｏ光和ｅ光有不同的光程和谐振频率．将其称之为模式分裂效应．利用这一效应可以制成频率达几十兆赫兹的双频激光器．针对原有理论与实验结果之间的某些差异，建立了一套分析该种类型双频激光器的理论．根据所建立的理论着重分析了谐振腔光轴与晶轴夹角α对激光器频差的影响．并绘出了Ｈｅ－Ｎｅ激光管Ｌ＜１５０ｎｍ和１５０ｎｍ＜Ｌ＜２００ｎｍ两种情况时α对频差Δυ的关系曲线．所得结果和相关文献报道的结果基本一致．同时讨论了这两种情况下α一定时Ｈｅ－Ｎｅ激光器所能达到的最大频差．提出了一套设计高频差、高增益双频Ｈｅ－Ｎｅ激光管的方法，并实际制作了３８ＭＨｚ和６５ＭＨｚ的双频Ｈｅ－Ｎｅ激光管，理论计算的频差与实测频差基本一致．

正交级联液晶偏振光栅的收发分离结构设计

正交级联液晶偏振光栅可实现光束大范围偏转,在空间激光通信与激光雷达等领域具有广阔的应用前景,其大部分应用领域均需要同时发射激光与接收激光,如何解决发射光与接收光分离的问题尚未见报道。针对这一问题,文中根据1/4波片、1/2波片以及液晶偏振光栅理论推导了线偏振光源经过被动液晶偏振光栅层以及正交级联液晶偏振光栅后偏振态的变化,验证了出射光偏振态与光束偏转角度的可逆性。采用偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、正交级联液晶偏振光栅等器件设计了一种可实现发射光与接收光偏转与分离的光学结构,构建了测试系统,最后通过测试结果证明了理论的正确性与结构的适用性。

基于光子晶体的偏振正交双色激光器谐振腔(英文)

利用4×4传输矩阵法,研究具有各向异性缺陷层的一维光子晶体的传输特性,指出利用该结构产生偏振正交双色缺陷模的原理,创建对偏振正交双色模间隔进行调控的方法.基于对各向异性缺陷层掺杂增益物质,研究了获得等增益偏振正交双色缺陷模的方法和条件,为两正交缺陷模在光子晶体激光器中避免模式竞争,获得双模同时谐振提供了理论指导.设计出工作在通信波长1.55μm附近的微尺寸、可调谐超大频差(0～199.8 GHz)的偏振正交双色光子晶体激光器谐振腔.