1 航天工程大学宇航科学与技术系，北京 101416
2 航天工程大学基础部，北京 101416
柱矢量涡旋光束偏振态呈现柱对称分布并且具有螺旋形相位波前，可以用混合阶庞加莱球表示。基于对琼斯矩阵的推导，提出并验证了一种利用涡旋半波片产生多种混合阶庞加莱球光束的方法。通过合理设计涡旋半波片和半波片、1/4波片的组合，能够产生混合阶庞加莱球上任意位置对应的柱矢量涡旋光束。通过级联多个涡旋半波片，能够进一步扩大混合阶庞加莱球光束的阶数范围。实验上，对制备出的多种混合阶庞加莱球光束的偏振态分布进行了测量，并验证了其偏振阶数和拓扑荷数。该方法光路简单、调节方便，可以实现对拓扑荷数和偏振阶数的独立调控，在光学微操控、光学探测与传感，以及矢量涡旋光源设计等方面有潜在的应用价值。
物理光学 混合阶庞加莱球 柱矢量涡旋光束 琼斯矩阵 斯托克斯参数 光学学报
2022, 42(22): 2226001
1 航天工程大学宇航科学与技术系，北京 101416
2 航天工程大学基础部，北京 101416
涡旋半波片（VHP）是一种快轴取向在空间分布上呈特定角向变化规律的偏振光学元件。通过级联两个或多个低阶VHP可以产生任意高阶柱矢量光束（CVB）。基于单个VHP的琼斯矩阵，推导了VHP级联后的等效琼斯矩阵，从理论上解释了VHP级联后等效阶数的变化规律。实验上，利用和的两个VHP级联产生1阶和3阶径向偏振和角向偏振CVB，计算斯托克斯参数并绘制矢量光束偏振态分布图，并与的单个VHP直接生成的CVB进行比较，证明了级联方法的可靠性。在级联VHP产生相同高阶CVB时，VHP的不同级联顺序能够影响由于中心错位而造成的光束畸变程度。经实验对比分析，得到了级联应用中能够稳定产生高质量、高阶CVB的方法，并通过级联多个VHP产生了100阶以内任意CVB。
物理光学 柱矢量光束 涡旋半波片 琼斯矩阵 斯托克斯参数 偏振检测 光学学报
2022, 42(13): 1326001
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 100192
2 北京信息科技大学应用数学研究所，北京 100085
雾天环境下拍摄图像时，雾、霾等介质导致图像模糊、对比度低、色彩暗淡。结合大气散射模型与偏振光原理，实现了利用斯托克斯参数获取亮度最大和亮度最小的双角度偏振图像，并通过新提出的四分图像暗通道均值比较法，准确估计出场景中无穷远处大气光强值，最终将有雾图像恢复到无雾图像。所提方法在薄雾和浓雾环境下均取得了较好的实验结果，在两种环境下图像NRSS（no reference structural similarity）和平均梯度均有较大提升。
成像系统 偏振成像 斯托克斯参数 四分法 激光与光电子学进展
2022, 59(4): 0411001
郝蕊蕊 1,2,3,*赵新未 1,2,3潘倩 1,2,3柏雪 1,2,3焦新兵 1,2,3
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
采用狭缝光束分析仪和偏振仪测量了从铝薄膜表面反射的圆偏振光的光斑位置和偏振特性随外界直流电压变化情况,理论拟合激光从铝薄膜反射后的光斑位置与直流电流电压的关系。测量和多项式拟合结果表明,当外部电压值从0变化到2.5 V时,圆偏振激光在x轴和y轴上的位置分别是从-45 μm移动到-95 μm,从35 μm移动到75 μm,而激光束的光学偏振度基本上不变化。
圆偏光 直流电流 位移 斯托克斯参数 光斑 circularly polarized laser beam direct current displacement Stokes parameter optical spot
1 华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
2 宜宾学院，四川 宜宾 644000
利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后，用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理，检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度，得到光束的交叉谱密度矩阵，进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明，同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.
广义斯托克斯参数 电场交叉谱密度矩阵 杨氏双缝 马赫曾德干涉 部分相干光 Generalized Stokes parameters Electric crossspectral density matrix Young′s double slits MachZehnder interferometer Partially coherent light
1 天津理工大学 计算机与通信工程学院 通信器件与技术教育部工程研究中心, 天津 300384
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所 光电信息科学技术教育部重点实验室, 天津 300072
利用全矢量耦合模方程提出并分析了一种基于纤芯存在光致双折射的长周期光纤光栅的环境折射率传感测量方法.以波长为谐振波长的完全偏振光为入射波, 通过分析不同环境折射率下输出光的偏振态在邦加球上与参考点间球面距离的变化测量环境折射率.分析表明,在环境折射率1～1.30范围内包层半径为20.75 μm的长周期光纤光栅传感器线性特性良好, 灵敏度为0.356/RIU, 可应用于湿度和气体的折射率测量;该分析方法适用于其他类型的双折射长周期光纤光栅传感器的设计.
双折射 长周期光纤光栅 全矢量耦合模方程 斯托克斯参数 光纤光学传感 Birefringence Long-Period Fiber Grating (LPFG) Full-vector coupled mode theory Stokes parameters Optical fiber sensor
安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241000
在偏振光学中系统地引入四元数方法。分别给出了在Poincare球和斯托克斯参数基础上建立的偏振光四元数表示，并证明这两种表示是等价的。讨论了偏振光四元数表示的多样性。导出了偏振器件和系统的四元数表示。利用四元数表示证明了偏振系统的等效定理，导出了等价简化系统的组成和四元数表示。提出了偏振系统的四元数矩阵计算方法，得到了四元数表示和Mueller矩阵之间的变换关系。讨论了根据四元数矩阵乘法有条件的交换性优化偏振系统的四元数矩阵算法的途径，并指出了这种算法的应用前景。
物理光学 四元数 偏振光 偏振器件 斯托克斯参数
