随机电磁光束经像散透镜后磁场的光谱Stokes奇点

利用交叉谱密度函数的传输公式,以部分相干刃型位错光束为例,推导出随机电磁光束磁场通过像散透镜传输后的解析表达式.使用光谱Stokes参数,详细讨论了光谱Stokes场的奇点变化规律.结果表明,随机电磁光束磁场通过透镜后的传输过程中,存在光谱s12,s23和s31奇点.改变刃型位错的离轴量、斜率、空间相关长度等光束参数以及随着传输距离的变化,会有磁场光谱Stokes奇点的移动、产生和湮没,也会有V点的产生和C点旋向性的反转.此外,还与电场的光谱Stokes奇点做了比较.

部分相干高斯涡旋光束电场和磁场的光谱Stokes奇点

以傍轴高斯涡旋光束为例,对部分相干涡旋光束的磁场在源平面的光谱Stokes奇点变化规律做了研究,并与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点做了比较。研究结果表明,部分相干高斯涡旋光束在源平面内,存在着磁场和电场的光谱Stokes奇点。适当改变光束束腰宽度以及离轴量等光束控制参数会出现磁场和电场的光谱Stokes奇点的移动、产生和湮灭。与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点比较表明,二者并不重合且拓扑电荷不同,但具有一定的对称性。磁场和电场的光谱Stokes奇点在变化过程中满足拓扑关系。

高光谱偏振成像全Stokes参量获取新方法（英文）

考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、测量精度低、系统结构复杂等特点,提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。从AOTF和LCVR的工作原理出发,介绍了系统的基本探测原理;根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法——该方法选取四个固定的LCVR控制电压,同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制,得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。此外,设计了能够稳定输出均方根为0^+8.72V连续可调方波的LCVR控制器,并对其进行定标,实现了不同波长下光波的精确调制。搭建实验样机,以偏振方向分别为0°,90°和45°的三个偏振片P_1,P_2,P_3作为偏振测量目标,测得了波长为632nm时的全Stokes参量图;以画有夹角为30°的红色、绿色、蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标,对400~750nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5nm)进行光谱成像,得到了与红色、绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。结果表明,该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量,而且系统结构简单、成像质量良好。

太阳光谱望远镜和Stokes光谱测量

中国科学院云南天文台“太阳Ｓｔｏｋｅｓ光谱观测与理论研究”团组自进入国家天文观测中心以来，经过一年多的努力，对５０ｃｍ太阳光谱望远镜原偏振测量部分进行了彻底改造，由原来的Ｄ．Ｃ．调制改为Ａ．Ｃ．调制，且增加了偏振测量校正系统．其机械，电控设计和加工于２０００年２月完成，３月完成了光学调试，４月上旬完成了偏振解调和图像处理的软件编制。自２０００年４月下旬以来，对２３周峰年出现的部分活动区进行了较为成功的斯托克斯光谱测量，其偏振测量精度可达 ２ × １０－３，已接近国际水平，为该团组开展的课题研究打下了良好的基础．以此望远镜与怀柔观测基地太阳磁场望远镜相配合，将使我国太阳矢量磁场和速度场的研究更上一个台阶．给出了偏振测量的具体方法和部分测量结果。 尽管取得了以上的成绩，但在近期内将对该偏振测量方式作进一步改进，用双光束分析代替单光束分析，使偏振测量精度提高到 ５ × １０－４，从而使之不仅能在活动区而且也能在宁静区得到矢量磁场的信息，不仅如此，还可对太阳第二光谱进行测量，提高我们依托该望远镜进行研究的广度和深度。

振幅比对矢量光束相干和非相干叠加合成Stokes奇点的影响

基于菲涅耳衍射积分方法、Stokes参量和复Stokes标量场,推导了两束单色傍轴矢量光束相干叠加和非相干叠加形成的合成Stokes奇点在自由空间传输时的表达式,研究了合成Stokes奇点在自由空间随振幅比变化的传输特性,同时分析了振幅比对合成Stokes奇点的偏振度的影响.结果表明:在自由空间传输时,合成Stokes奇点的数目、位置和奇点指数受振幅比影响.相干叠加场中,合成Stokes奇点的偏振度始终为1.在z=0面上,当振幅比η≠1时,C点、S23和S31奇点的奇点指数会发生反转;在z>0面上,产生奇点指数加倍的S23奇点.非相干叠加场中,合成Stokes奇点的偏振度小于1且随振幅比发生变化.在z>0面上,随振幅比η的改变,会产生不稳定的V点,V点会重新分裂为S23奇点和旋向性发生反转的C点;随振幅比η的进一步增加,S23奇点会湮灭.研究还发现,合成Stokes奇点的奇点指数之和守恒.

部分相干刃型位错光束的谱Stokes奇点

利用交叉谱密度函数的传输公式,推导出部分相干刃型位错光束在自由空间中传输的解析表达式.结合谱Stokes参数,详细讨论了其Stokes场的奇点变化规律.结果表明,部分相干刃型位错光束在自由空间传输过程中存在谱s12,s23和s31奇点.改变刃型位错的离轴量、斜率、空间相关长度等光束参数以及随着传输距离的变化,会有谱Stokes奇点的移动、产生和湮没,也会有V点的产生和C点旋性的反转.

应用Stokes公式计算有多个奇点的函数的积分

在数学物理中,带有奇点的函数积分是我们经常碰到的,它们计算往往比较复杂,但应用又比较广泛.本文讨论有多个奇点的函数积分的一些理论及应用,给出这些奇点分别在积分曲线(区域)的内部,边界及外部的计算方法.

黑子磁场的Stokes光谱反演技术

对太阳大气磁场的可靠测量有助于人们更好地理解太阳活动区内外的许多活动现象,如耀斑的触发和能量释放过程、黑子的形态和黑子大气的平衡、日珥的形成等.由于原子在磁场中的一些能级会产生分裂(Zeeman效应),使对应这些能级的谱线分裂成若干个具有不同偏振特性的分量,因此目前对黑子磁场的测量主要是通过偏振光,即Stokes参量I、Q、U、V的观测来实现的.该文主要介绍近30年来太阳黑子光谱反演的方法以及所取得的成就;同时也对光谱反演和滤光器型的望远镜矢量磁场的测量进行了简单的比较.

弹光调制偏振Stokes参量测量及误差分析

为了更简便地实现Stokes矢量测量,采用一种工作在不同频率上的双弹光调制器,利用它的频率叠加对光进行调制,产生载有被测量的高频调制分量,通过锁相一次得到了适用于所有偏振态测量的4个Stokes分量,且进行了理论分析、仿真验证以及误差分析,即对相位延迟幅度、入射角等因素对测量结果的影响进行了分析。结果表明,该方法实现了只需测量一次便可测出偏振态的所有分量,为进一步工程实现提供了基本的理论支撑。

多色高斯光束的奇点分布和光谱奇异现象

讨论多色高斯光束经过球差透镜后的奇点和光谱变化.基于光传输变换理论,推导出多色高斯光束经过球差透镜后,焦点附近的强度和光谱分布公式,并进行数值模拟.结果发现,在焦平面附近,轴上奇点分布和光谱变化随着拦截比的改变而改变,当拦截比值小于某一特定值的时候,轴上奇点和光谱奇异现象都会消失.另外,当相位奇点消失时,光谱奇异现象并没有立即消失.当球差系数变大的时候,轴上有些奇点将分裂成两个新奇点,此时通过改变拦截比值的大小,可以看到这些新分裂出的奇点将逐渐汇合,并且慢慢消失.

空间静态偏振调制干涉光谱系统的设计与仿真

为了更好地获取目标物的光谱偏振信息,设计了一套空间静态偏振调制干涉光谱系统。该系统结合了空间外差光谱和偏振光谱强度调制技术,只需一次采样便可同步获取目标的分辨偏振光谱信息以及高光谱分辨率的Stokes矢量偏振光谱。首先从偏振光谱强度调制和空间外差光谱仪的光学理论入手,对该系统的光谱信息采集和偏振信息调制解调过程进行数学推导。然后根据调制模块中高阶相位延迟器的厚度与光谱仪带宽之间的对应关系,发现现有的光谱仪带宽过窄,导致延迟器厚度过大,无法适应宽波段的光谱测量需求。结合延迟器厚度与光谱复原分辨率的约束关系,在极限厚度下得出了空间外差光谱仪的最小拓宽光谱范围。最后根据改进的参数匹配设计,对探测过程进行了计算机数值模拟。研究结果表明:在空间外差光谱仪的最小拓宽工作波段内,对CCD探测器记录的干涉图进行基于傅里叶变换的解调处理,能够高保真地复原输入光信号的Stokes参量的偏振光谱信息,从而验证了该系统的可行性。

基于声光滤光和液晶相位调谐的高光谱全偏振成像新技术

为了获取高光谱分辨率、高空间分辨率、高偏振精度、高信噪比和稳定性好的全部Stokes参量光谱图像,考虑到声光可调谐滤光器(acousto-optical tunable filter,AOTF)的±1级衍射光的正交特性,提出用一个AOTF滤光,一个液晶可变延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR)进行相位调制和两个CCD相机分别对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像新技术.从所采用的光学元件的穆勒矩阵出发,阐述了该技术的基本工作原理;理论分析表明,LCVR不但不会影响到第一个Stokes参量的探测精度,而且后3个Stokes参量的相对误差分别优于0.064%,0.31%和3.97%;利用原理样机获取了450—700 nm、光谱带宽为10 nm的26个光谱通道的图像数据,成像质量良好;以工作波长为600 nm的入射光为例,对其全部Stokes参量图像进行了具体分析讨论.结果表明,该新技术原理正确,方案可行.该研究可为光谱偏振成像技术提供新的理论和实现方案.

大孔径静态超光谱全偏振成像技术

光谱偏振成像技术是成像光谱技术与偏振成像技术的有机融合,是当前空间光学遥感技术研究的热点和前沿。笔者于2010年在国际上首先提出了一种多信息融合的静态傅里叶变换超光谱全偏振成像方法,无运动、电控调制部件,在探测器单次积分时间内,可同时获取目标图像及图像上每一点的光谱、全偏振信息。同年,又提出时空混合调制模式的无源静态共轴干涉成像光谱全偏振探测装置,以视场光阑取代原有狭缝,进一步扩展了仪器光通量。在上述基础上,阐述了新方法的基本原理,给出了具体实现方案,推导出了新方案的调制干涉强度数据表达式及Stokes矢量解调公式,分析了新方法实现光谱、全偏振探测的物理过程。研制了原理验证样机,开展了室内、室外验证实验,首次获得了室外推扫光谱图像"数据立方体"和全色全偏振度图像,实验结果表明:新方案原理正确,技术可行。为新型空间遥感器的开发提供了基础理论及实践支持。

基于双AOTF的新型成像光谱偏振探测系统

声光可调谐滤波器(AOTF)具有体积小、波长稳定性好、扫描范围宽、调制速度快等优点,在光谱成像中被广泛应用,但单独采用AOTF的成像光谱偏振探测还较少。为此提出只采用两个AOTF的成像光谱偏振探测新方法。该方法首先通过分束镜将入射光分成两束,两束光分别通过两个AOTF,而两个AOTF的正一级衍射光的偏振方向互成45°,由于AOTF的正一级衍射光的偏振方向互相垂直,因此两个AOTF的正负一级分别可得到0°,45°,90°和135°的光强,在测量中需保持两个AOTF的滤光所对应的波长完全相等。最后通过对两个AOTF的正负一级衍射成像,最终得到Stokes偏振信息中S0(0°和90°光强和)、S_1(0°和90°光强差)和S_2(45°和135°光强差),结合相应的理论公式对被测目标的线偏振度(DoLP)和线偏振角(AoLP)实现成像。再通过对AOTF的射频驱动进行扫频,实现对被测目标不同波长偏振成像,最终实现成像光谱偏振探测。并通过对500,550和600nm偏振成像进行实验验证。该方法具有无运动部件、无需转动、一次测量同时获得成像光谱偏振信息的优点。

双强度调制静态傅里叶变换偏振成像光谱系统测量原理及仿真

为了抑制背景噪声,获得高信噪比的纯干涉条纹并实现图像、光谱和全偏振信息的同时测量,提出了一种基于双强度调制的静态傅里叶变换偏振成像光谱技术新方案.系统由前置望远系统、两个相位延迟器构成的偏振来谱调制模块、Wollaston棱镜构成的偏振.分束器、Savart偏光镜和线偏振器构成的干涉糢块以及CCD面阵探测器组成,可在单一探测器上同时获取两幅经过不同强度调制的全偏振干涉图,通过对两幅全偏振干涉图的简单加减运算,便可获得探测目标清晰的纯图像和高信噪比的纯干涉条纹.对该系统的图像和光谱偏振复原过程进行了理论分析和数值摸拟,结果表明该系统可有效分离探测目标的背景图像和干涉图像,实现高精度的光谱复原和全偏振信息的有效提取,具有髙稳定性、高光谱、高灵敏度、高信噪比、信息复原精度高及数据处理复杂度低等优点,为偏振干涉成像光谱技术的发展提供了新思路.

基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像技术

针对环境温度、电压、入射角等因素变化对基于声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)和液晶可变延迟器(Liquid crystal variable retarder,LCVR)的光谱偏振成像测量精度影响大,且整个系统实现复杂等缺点;考虑到超消色差波片对温度和波长依赖小,结合AOTF高光谱成像的优点,提出了基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像新方法。详细分析了该方法的工作原理,并结合可购买到的最好超消色差1/4波片中相位延迟和快轴随波长的微小波动,进而分析了该波动对偏振测量的影响,并针对这些影响研究了修正策略。搭建了原理样机,对450~950 nm波段进行了偏振测量,修正后偏振度测量误差≤1%,对偏振方向的测量偏差≤1.8°,以633 nm为例,对其全Stokes参量图像进行了具体原理及修正测量验证实验,结果表明,该新技术原理正确,修正策略可行。该研究可为复杂条件下高精度、高光谱全偏振成像技术提供新的理论和实现方案。

多色空间相干光经杨氏三孔干涉后的光谱奇异现象

研究相干光经杨氏三孔实验干涉后,在干涉场中的相位奇点附近所出现的光谱变化现象.结果表明,在相位奇点处附近的某些位置光谱出现"红移",而在另外一些位置光谱出现"蓝移",并且在一些特殊点光谱将分类为等高的两个峰.对两类特殊截面(垂直于三孔平面的截面和平行于三孔平面的截面)的相对平均频率变化进行研究,结果表明,多色空间相干光经杨氏三孔干涉后,其干涉场中的观察点的光谱将出现不同于原光谱的变化.

菲涅耳波带片衍射产生的光谱奇异现象

研究高斯型光谱的完全空间相干光经菲涅耳波带片后,远场轴上点的光谱奇异现象.结果表明,在相位奇异点处,高斯型光谱一分为二,出现光谱开关现象.在相位奇异点附近,一些点处的光谱发生蓝移,而另一些点处的光谱发生红移.这些光谱奇异现象与观测点位置有关,光谱开关总是发生在光强为极小值处.分析和比较几种菲涅耳波带片的光谱奇异现象,以及其光强分布情况.

奇点光学概论

奇点光学被认为是现代光学的一个新的分支学科,其研究对象已从完全相干光波场(相干奇点光学)推广到部分相干光波场(相关奇点光学),从单色光波场推广到多色光波场,从标量光波场推广到矢量光波场,从理论研究和计算模拟扩展到实验和应用.结合我们的工作,对奇点光学中一些基本概念和进展做了综合评述.奇点光学中取得的成果不仅有重要基础科学研究意义,而且有助于新奇点物理学的发展.

香豆素类化合物的合成及其光谱性质的研究

本文分别用Wittig反应、Perkin反应和Pechmann反应合成了邻甲氧基取代二苯乙烯及其由内酯键固环为3-位苯环或4-位苯环取代的香豆素化合物,固环为3-位苯环取代的香豆素化合物的最大吸收波长稍有红移约2nm,而发射波长产生了约20nm的较大红移,Stokes位移增大了18nm,荧光量子效率也稍有提高。香豆素化合物在7-位由供电基甲氧基取代后,最大吸收波长红移16nm,发射波长红移21nm,Stokes位移增大5nm,荧光量子效率却提高了近四倍,荧光量子效率接近1.0。7-位同为甲氧基取代,由3-位对溴苯基变为4-位对溴苯基取代时,吸收波长蓝移16nm,荧光发射波长亦蓝移20nm,Stokes位移降低4nm,荧光量子效率大幅度降低。