1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
二向色镜及偏振分光棱镜作为常用的光学器件，近年来在大气探测偏振激光雷达中得到了广泛使用。但两种光学元件性能上的非理想特性与安装时存在的偏振误差夹角等问题在一定程度上会对大气探测后向散射光的退偏比造成影响。针对偏振激光雷达标定中通常只考虑偏振分光棱镜影响的问题，通过仿真模拟分别分析了二向色镜、偏振分光棱镜以及二者级联下对大气中气溶胶的退偏比影响，并给出了误差分析。以532 nm和1064 nm两种波长下的沙尘粒子与卷云的后向散射光作为输入进行模拟计算，结果显示，常用的长波通二向色镜对模拟输入光源在1064 nm透射通道下有7.111%的退偏比变化，在532 nm反射通道下有3.012%的退偏比变化。对偏振分光棱镜而言，输入为532 nm及1064 nm处探测的沙尘粒子退偏比会分别产生21.333%和27.3%的相对误差变化，532 nm处探测的卷云退偏比会产生14.2%的相对误差变化。两种光学元件在存在偏振误差夹角时均会带来额外的退偏比误差增量，在两种光学元件级联条件下，对模拟光源的退偏比也表现出累加性的误差增大。
偏振激光雷达 二向色镜 气溶胶退偏比 误差分析 光学学报
2023, 43(24): 2428002
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
采用OPAC (Optical Properties of Aerosols and Clouds) 模型提供的沙尘粒子谱分布和复折射率参数，结合多个入射波长，对群体沙尘气溶胶粒子的退偏振比进行了数值模拟计算。计算获得1064 nm、532 nm和355 nm入射波长下，不同轴比超椭球模型的沙尘气溶胶粒子群体的退偏振比分别为0.317，0.397和0.446，其中1064 nm波长的仿真结果与实际观测结果一致性最好，其次是532 nm波长的仿真结果，355 nm波长的仿真结果和实际观测结果有较大差异，其可能原因为采用了相同数目偶极子导致计算误差增大。本仿真研究中建立的非球形粒子散射模型和数值计算方法，为深入理解沙尘气溶胶光散射特性和研制多波长偏振激光雷达提供了理论基础。同时，多波长偏振探测也为气溶胶混合态和污染型气溶胶生成机理研究提供了重要的技术手段。
非球形粒子 超椭球模型 沙尘气溶胶 多波长 退偏振比 non-spherical particle super-ellipsoid model dust aerosol multi-wavelength depolarization ratio 大气与环境光学学报
2023, 18(5): 458
1 陕西科技大学材料科学与工程学院，西安 710021
2 清华大学材料学院，新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084
热激励去极化电流(TSDC)测量技术可以提供存在于材料体系中的缺陷类型信息，例如空间电荷、偶极子、陷阱电荷等。通过TSDC谱分析，可研究偶极子和可动离子的性质，以及激活能、弛豫时间、荷电粒子浓度等微观参数，进而更好地理解与缺陷有关的物理本质。本文介绍了当前TSDC技术在无机材料中的应用现状，整理归纳出TSDC技术在线性介质、非线性介质、陶瓷-聚合物复合材料中的研究结果与最新进展，从本质上揭示无机材料中缺陷与性能之间的内在关联。有望拓展TSDC技术在无机材料中的应用，为无机材料微观机制研究提供新思路。
无机材料 热激励去极化电流 缺陷 线性介质 非线性介质 陶瓷-聚合物复合材料 inorganic material thermally stimulated depolarization current TSDC TSDC defect linear dielectric nonlinear dielectric ceramic polymer composite
1 长春理工大学电信学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题，若仅依赖单偏振抑制反光，目标与背景之间对比度低，难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光，虽然对比度有所提高，但图像整体亮度较低，识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象，首先分析偏振抑制反光的能力，其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律，最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明，Mueller矩阵中M22和M33图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素，通过M22和M33生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时，有效地提高了目标与背景之间的对比度，从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。
偏振抑制反光 透窗成像 Mueller矩阵 退偏图像 光学学报
2023, 43(20): 2012003
Author Affiliations
Abstract
1 School of Aerospace Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Electronic Functional Materials and Devices, Huizhou University, Huizhou, Guangdong 516007, P. R. China
3 Advanced Research Institute of Multidisciplinary Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
4 Beijing Key Laboratory of Optoelectronic Functional Materials & Micro-nano Devices, Department of Physics, Renmin University of China, Beijing 100872, P. R. China
5 School of Chemistry and Chemical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
Driven by the minimization of total energy, the multi-domain morphology is preferred in as-grown ferroelectrics to reduce the depolarization and strain energy during the paraelectric to ferroelectric phase transition. However, the complicated multi-domain is not desirable for certain high-performance ferroelectric electro-optic devices. In this work, we achieve a reproducible and stable large-area monodomain in as-grown bulk ferroelectric single crystal . The monodomain dominates the entire single crystal, which is attributed to the internal charge carriers from the photoexcited disproportionation reaction of Sn ions. The charge carriers effectively screen the depolarization field and therefore decrease the depolarization energy and facilitate the formation of monodomain. This work offers a potential approach for engineering bulk ferroelectrics with a stable monodomain, which is desirable for the high-performance ferroelectric electro-optic devices.
Sn2P2S6 monodomain ferroelectricity piezoelectric force microscopy disproportionation reaction charge carriers depolarization field screening Journal of Advanced Dielectrics
2023, 13(3): 2243001
1 皖西学院 机械与车辆工程学院，安徽 六安 237012
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
设计和构建了发射波长为355 nm和532 nm的户外型全天时激光雷达系统，用于探测大气气溶胶和水汽。运用355 nm和532 nm的米散射、532 nm的偏振、氮气和水汽分子的拉曼激光雷达技术，用于对边界层结构、对流层气溶胶和云光学特性及其形态、水汽混合比进行连续探测研究。该系统结构紧凑，运输方便，具备远程操作、数据传输、一键式启动等功能。利用该系统对大气气溶胶和水汽进行探测，探测结果表明：在大气气溶胶的探测过程中，在重污染条件下混合层高度较干净天低，在0.5 km以下，而干净天在1 km左右；通过对消光系数、Angstrom指数和退偏振比分析可知，重污染条件下，底层大气气溶胶以球形粗粒子污染物为主，干净天底层大气气溶胶以球形细粒子污染物为主；在云层中，Ang-strom指数明显减小，且出现负值，说明云粒子半径较大。在水汽探测过程中，采用自标定方法获得系统的标定常数为121，与已标定的激光雷达系统对比，误差在±0.3 g/kg以内；连续探测结果表明可对夜晚5 km及白天混合层以内进行探测。该系统满足产品化的需求，可广泛运用于大气环境的监测领域中。
激光雷达 气溶胶 水汽混合比 消光系数 Angstrom指数 退偏振比 lidar aerosol water vapor mixture ratio extinction coefficient Angstrom exponent depolarization ratio 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220484
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory for Laser Plasmas (MoE), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
2 Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
3 Research Center of Laser Fusion of China Academy of Engineering Physics, Mianyang, China
4 College of Physics and Electronics Engineering, Northwest Normal University, Lanzhou, China
5 Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
As a typical plasma-based optical element that can sustain ultra-high light intensity, plasma density gratings driven by intense laser pulses have been extensively studied for wide applications. Here, we show that the plasma density grating driven by two intersecting driver laser pulses is not only nonuniform in space but also varies over time. Consequently, the probe laser pulse that passes through such a dynamic plasma density grating will be depolarized, that is, its polarization becomes spatially and temporally variable. More importantly, the laser depolarization may spontaneously take place for crossed laser beams if their polarization angles are arranged properly. The laser depolarization by a dynamic plasma density grating may find application in mitigating parametric instabilities in laser-driven inertial confinement fusion.
depolarization high-power laser plasma density grating High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(3): 03000e37
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院，安徽 合肥 230026
2 南京大学 大气科学学院，江苏 南京 210023
激光雷达具有探测距离远，分辨率高，对气溶胶浓度变化敏感等优势，偏振激光雷达还能够对粒子形态做区分，根据消光系数及退偏比值识别云、雾、烟尘等。利用偏振激光雷达进行扫描观测，可以实现火灾烟尘的快速识别。通过对不同波长的激光雷达探测距离进行仿真，结果表明，波长为1064 nm的激光雷达探测距离为532 nm波长的1.3~1.4倍。通过优化扫描策略及算法，可剔除固定障碍物及临时移动障碍物的影响。为避开安装点位周边高度相近的障碍物，通常会给激光雷达设置一定仰角，对存在探测仰角时产生的水平距离偏差及垂直高度测量偏差进行计算，当激光雷达探测仰角为2°时，6 km处测量高度偏差为209.397 m。使用高斯烟羽模型对烟尘浓度分布进行仿真，当大气稳定度为B，平均风速为1 m/s时，200 m高度处烟尘浓度分布高值点距地面火点的径向距离≥1 km，为火点准确定位提供了修正依据。分别在辽宁省盘锦市盘山县绕阳湖景区，广东省东莞市观音山森林公园进行外场实验，偏振激光雷达在开阔地带及多障碍物山体地带下，均能够快速识别烟尘。
偏振 激光雷达 退偏比 遥感 烟火监测 polarization lidar depolarization ratio remote sensing fire smoke monitoring 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220508
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
采用遗传算法优化设计了宽波段低偏振高反膜,实现了反射式望远镜在不同波段的偏振像差校正。利用偏振像差函数分析了金属膜和低偏振膜对卡塞格林望远镜偏振像差的影响。仿真结果表明,镀低偏振膜的望远镜产生的二项衰减像差略小于镀铝膜的情况,而相位延迟像差下降明显,在355,532,1046 nm波长处分别降低了1.13°,1.00°,0.68°。最后,根据望远镜的Mueller矩阵与大气退偏参数的关系计算了不同波段和视场条件下所选膜对退偏参数误差的影响,结果表明,校正望远镜偏振像差后退偏参数的测量精度会提高。
物理光学 偏振像差 Jones光瞳 像差校正 退偏参数
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China
2 Xi’an Key Laboratory of Computational Imaging, Xi’an 710071, China
3 Academy of Advanced Interdisciplinary Research, Xidian University, Xi’an 710071, China
4 State Key Laboratory of Optical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
Polarization underwater imaging is of great potential to target detection in turbid water. Typical methods are challenged by the requirement on degrees of polarization (DoPs) of both target light and backscattering. A polarization descattering imaging method was developed using the Mueller matrix, which in turn derived a depolarization (Dep) index from the Mueller matrix to characterize scattering media by estimating the transmittance map by combining a developed optimal function. By quantifying light attenuation with the transmittance map, a clear vision of targets can be recovered. Only using the information of scattering media, the underwater vision under diverse water turbidity was enhanced by the results of experimental data.
Mueller matrix scattering depolarization underwater imaging Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 022601
