电子束偏振测量精度破纪录

据报道,美国能源部托马斯·杰斐逊国家加速器设施的核物理学家打破了近30年来测量电子束内平行自旋(简称电子束偏振测量)的纪录。这一成就或为新的物理发现打开大门。研究发表在最近的《物理评论C》上。此次超高精度测量是在钙半径实验(CREX)期间实现的。该实验与铅半径实验(PREX-Ⅱ)一起进行,探测中等重量和重原子的原子核,以深入了解其“中子皮”的结构。“中子皮”是指质子和中子在密度较大的原子核内的分布。较轻的元素(通常是元素周期表中原子序数为20或更低的元素)通常具有相同数量的质子和中子。中等质量和重原子通常需要比质子更多的中子才能保持稳定。

成像偏振测量技术及其应用

成像偏振仪是利用了现有的辐射成像技术和偏振测量技术的原理,加以技术上改进,获得待测目标的偏振参数(偏振度、偏振方位角和偏振椭率等)的灰度图的仪器,具有准确度高、信息量丰富的优点。近两年,国外对成像偏振技术(尤其是全偏振态的成像技术)的研究非常重视。成像偏振测量技术把信息量从三维(光强、光谱以及空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角以及偏振椭率),能同时得到直观的各偏振参数灰度图和各观测点的详细偏振数据信息。另外,成像偏振技术在军事上也有其特殊的用途(尤其是椭圆偏振态的测量)。

三通棱镜同时偏振测量系统的标定

在对三通棱镜同时偏振测量系统进行详细误差分析的基础上,针对主要误差源,提出了相应的标定方法。采用曲线拟合的方法确定了三路通道中偏振片的实际偏振方向,角度标定误差小于0.5°;通过建立不同曝光时间和光圈下的灰度响应校正系数索引表,解决了三路通道灰度响应不一致性问题;运用Harris角点提取算法,确定了三路通道中偏振图像的像素偏移量及其有效像素范围。标定实验结果表明,系统偏振度测量误差小于5%,偏振角测量误差小于3%。

LCVR和AOTF的光谱偏振测量新策略

现有利用液晶相位可变延迟器(LCVR)和声光可调谐滤光器(AOTF)的偏振测量方法较为繁琐,故提出了一种光谱偏振测量新策略,去除了机械运动,并且相位延迟量的选取从四组减少为两组。采用两个LCVR和一个AOTF,通过两个相同型号探测器分别测量±1级衍射光,实现光谱偏振测量。电脑控制LCVR和AOTF的驱动系统分别实现所需相位延迟量和波长选择,通过扫描射频驱动整个频段得到被测光的光谱信息。叙述了方法的具体原理,分析了AOTF的偏振模型,通过理论计算LCVR和AOTF的Muller矩阵,推导出了相应的斯托克斯(Stokes)矢量中的I,Q,U的测量公式。分析并仿真了相位延迟量微小偏差对整个系统测量误差的影响,结果显示相位延迟量在±π/100范围内相对误差<3%。实验验证了测量系统的可行性和准确性,测量误差总体<6%。为偏振测量提供了一种简单可行且精度较高的新方法,具有重要的应用价值。

视场重合程度对分时偏振测量精度的影响

视场不完全重合是偏振测量的共性问题。视场不重合导致对目标探测时获取的偏振信息与真实的偏振信息存在差异,即产生伪偏振。造成分时偏振测量视场不重合的主要因素由两方面构成:仪器自身和仪器所搭载平台(飞机或卫星)的运动状态。首先介绍了偏振测量的基本原理,提出了视场重合程度影响偏振测量精度的原因;其次,结合国内外研究现状,提出了视场不重合的度量方法;再次,重点分析了星载背景下影响视场不重合的因素以及改进措施;最后以某星载偏振成像仪为例给出了分析结果并讨论。结果表明:采取补偿措施后由卫星平台造成的视场不重合程度远小于采取补偿前,仪器偏振测量精度得到了提高。

基于双波片的偏振调控和偏振测量技术

针对双波片偏振调控结构,基于Stokes-Mueller矩阵偏振算法,对双1/4波片和双1/2波片的偏振调控机理作了详尽的理论分析,得出调控偏振态与双波片快轴方向之间的关系,并追迹其在庞加莱球上的运动轨迹.基于双波片调控结构搭建偏振测量系统,根据入射和出射Stokes矢量构建了投影关系矩阵算法,完成了待测元件Mueller矩阵的测量,并分析了波片的快轴方向误差和位相延迟误差对Mueller矩阵测量结果以及对出射偏振态调控精度的影响.分析结果表明:波片的快轴方向误差控制在±2°内,位相延迟误差不大于λ/300时,Mueller矩阵的最大测量误差为0.040 2,波片自身误差对测量结果的影响可以忽略不计;波片自身误差所引起的方位角误差不大于0.16rad时,快轴方向误差引起的椭率角误差最大不超过0.032 rad,位相延迟误差导致的椭率角误差小于0.015 rad,且对偏振度无影响.

分振幅光偏振测量仪

分振幅光偏振测量仪(DOAP)是高速测量光偏振的传感器,它利用振幅分割原理,能够同时近似实时地测量出描述光偏振态的所有4个Stokes参数。从装置结构、定标方法、工作波长和应用领域等方面,对最近20年多年来国内外在该领域的研究状况进行了较为详细的分析和总结,并指出了该技术的发展方向。

同步辐射软X射线综合偏振测量分析装置的控制与数据获取系统

基于LabVIEW编程方法实现了对同步辐射软X射线偏振测量分析装置的系统控制和数据获取,给出了装置介绍、运动控制的物理思想、软件编程思路以及最终具体的实现方法,并对今后相关类似的软件应用进行了讨论。

液晶相位调制型声光成像光谱偏振测量研究

新型的声光可调滤波器和双液晶相位可调延迟器相结合的一次成像光谱偏振系统与传统的二次成像光谱系统相比,不仅具有通光孔径大、光利用率高和全系统电调谐等优点,而且还能同时满足AOTF和LCVR的小角度入射,大大提高了光谱测量精度和偏振测量精度。通过实验计算,用拟合修正后的波长λ0和驱动频率fa关系式进行光谱测量,其相对误差值比用理论公式进行测量时减小约一个数量级。并且只需4组相位延迟量和4幅强度图即可求出全部的斯托克斯Stokes参量。理论分析了当系统考虑入射角度时,其偏振度、线偏振度、圆偏振度和角偏振度的最大相对误差值比只考虑光垂直入射时分别减少约0.306%、0.130%、10.96%和3.783%,为进一步提高系统的测量精度提供了理论基础。

双Wollaston棱镜偏振测量系统棱镜安置误差分析

研究双Wollaston棱镜偏振测量系统分光棱镜安置误差对测量精度的影响.从安置误差对Stockes参量测量的影响出发,研究棱镜纵向、横向及两棱镜光轴夹角的安置误差引起的测量误差.结果表明:对于一定的偏振测量精度,纵向、横向允许的安置误差随波长和目标偏振度的变化而变化,两棱镜光轴夹角允许的安置误差则为固定值.研究结果为双Wollaston棱镜偏振测量系统的设计提供了理论依据.

双光路偏振测量系统的研究

传统的偏振测量仪由于采用单光路测量系统 ,测量精度受光源稳定性限制较大。一种新的改进方案是采用双光路偏振测量系统 ,通过适当地选择两光路检偏片的通光轴位置并引入中间参数P ,可以使系统的测量精度提高一倍 ,并降低了对系统元件透光性和偏振元件制造精度、安装精度的要求。建立了它的测量模型 ,进行了系统精度分析 ,利用该系统对葡萄糖溶液浓度进行了测试实验 ,得到了和理论推导相一致的结果。

基于FLCM的太阳Stokes矢量偏振测量术

利用两个标准λ/2FLCM(铁电液晶调制器)提出了太阳Stokes矢量偏振测量术。在不同的调制相位间隔测量4次光强便可导出全部Stokes矢量。利用FLC容易实现高调制频率(几千Hz)。这种偏振测量术的测量装置没有机械运动部件,不能引起杂散光效应,与快速解调器相结合在可见光范围内测量精度非常高。理论分析与实验结果符合很好。

美国X射线偏振测量天文台特点分析

2021 年12 月9 日,NASA 研制的新型X 射线天文台——“成像X 射线偏振探测器”(IXPE)搭乘猎鹰-9(Falcon-9)运载火箭发射。IXPE 将测量X 射线偏振与能量、时间和相对位置之间的函数关系,从而增进对于天体产生X 射线辐射的理解。作为NASA 首个专用的X 射线偏振测量天文台,IXPE 将为宇宙源研究增加一个新的维度,并提供基本科学问题的答案。

光弹调制差频偏振测量及误差分析

针对现有光弹调制测量偏振方法无法用普通阵列探测器有效采集锁相频率,难以测量复色光的偏振特性等缺点,提出了一种三光弹调制器互差频调制的新型偏振测量方法。操作时,3个光弹调制器分别工作在频率w1,w2和w3上,三频率大小略有差异,从而可以对光进行差频调制并产生载有被测光偏振信息的低频调制分量(0,ω1-ω2,2ω1-2ω3);然后,通过锁相放大即可以一次测量获得斯托克斯矢量S中的S0,S1和S2。介绍了三光弹调制差频偏振测量的基本原理,通过相应的数值仿真和实验验证了其可行性,并对差频大小、相位延迟幅度等因素对测量结果的误差进行了初步分析。分析表明,该方法不仅保留了原光弹调制偏振测量方法测量精度高等优点,而且调制光电流频率下降了2～3个数量级(10～500Hz),普通阵列探测器即可实现探测,在高精度偏振成像技术方面具有潜在的应用价值。

分光棱镜型分振幅光度式偏振测量系统的研究

介绍了分振幅光度式偏振测量原理，并论述我们基于此种原理所建立的分光棱镜型分振幅光度式偏振测量系统的结构、定标和性能校验。文中提出了一种新的定标方法，应用一块位相延迟为非规整值的延迟器代替常规该类系统中使用的λ／４ 延迟器，实现了对系统仪器矩阵定标的所有功能。

基于光纤环形腔衰荡光谱的偏振测量

针对传统偏振测量较难同时实现高灵敏度和较好稳定性的问题,提出了一种采用光纤环形腔衰荡光谱技术进行偏振测量的方法,并进行了实验证明.对比分析了掺铒光纤放大器放置在环形腔的内部和外部对脉冲曲线和脉冲数量的影响.在掺铒光纤放大器中使用长度为2m的低增益和低噪声掺铒光纤来减少波形失真并补偿环形腔的内部衰减.利用光纤环形腔衰荡光谱系统对偏振角进行测量,通过记录分析环形腔中光脉冲的衰减时间得到偏振角的变化.结果表明:偏振角和衰减时间在0°~90°的范围内满足良好的线性关系,光纤环形腔衰荡光谱系统的灵敏度和拟合曲线的相关系数分别为4.05μs/°和0.999 6,最大灵敏度误差为0.027 3μs/°.通过10次重复实验,选取六组数据进行拟合得到系统的平均再现性误差为0.030 8,重复性良好,可用于旋光溶液测量,也为光纤径向应力双折射特性和光纤激光器的偏振态测量提供了参考.

用于可见和红外遥感的成像光谱偏振测量仪

介绍一种成像可变相位廷迟、傅里叶变换光谱偏振测量仪(VRFTSP),它能产生具有空间、光谱和偏振信息独立特征的景物的光谱偏振图像.利用该仪器对在实验室装置上的简单规则目标,如球状和圆柱物体成像.产生的图像证实所研制的系统能利用推扫和时序采集偏振信息的原理,具有采集现场景物图像的光谱偏振数据的能力,并证实具备研制一个按并行采集方式工作的系统的可能性,这个系统能对现实世界目标进行近实时图像数据采集.

基于多层膜的软X射线偏振测量(英文)

综述了过去10年中德国BESSY同步辐射装置在软X射线偏振测量方面所做的工作。在BESSY同步辐射装置中,有10条椭圆波动器光束线,这可使同步加速器辐射的偏振态从线偏振光(水平或者垂直)转变为左旋或右旋圆偏振光。由于很多偏振敏感实验(例如,MCD光谱测量)需要归一化量,因此对偏振度进行量化非常重要。对于偏振实验,即对光的偏振态测量来说,需要两个光学元件分别起相位片和检偏器作用。因此,专门研制了在软X射线区有透射和反射功能的多层膜,并对其做了优化。通过使多层膜参数(周期,厚度比)与构成材料的吸收边相匹配,即可获得共振加强的偏振灵敏度。由此可知,基于多层膜的偏振测量与这些偏振光学元件工作波长处性能测量密切相关,文中对仪器的设置和测试结果做了介绍,同时给出了磁性薄膜或光活化物质的磁光光谱测量和偏振测量的示例(法拉第和克尔效应)。

基于局域表面等离子体共振的近场偏振测量

在近场条件下金纳米粒子能引起光场矢量局部变化,针对金纳米粒子的这一特性,提出了一种检测近场光偏振态的新方法。将半径为50nm的金纳米小球组成金纳米粒子阵列结构,利用该结构产生一定的光强分布图案,用于检测不同偏振态的光场矢量。利用数值模拟软件FDTD对金纳米粒子阵列结构进行模拟仿真,结果表明,从仿真图案上可以直观地分辨出5种不同偏振态的光场。