湿度对偏振光传输特性影响的研究

城市污染的日益增强导致大气环境中烟煤粒子含量不断上升,为了进一步研究烟煤环境下湿度对偏振光传输特性的影响,研究气溶胶粒子的半径及折射率等参数随湿度的改变情况,并采用蒙特卡洛的仿真方法,模拟不同入射偏振光在烟煤介质中的传输过程,得到出射光斯托克斯参量的仿真图样及偏振特性。结果表明:烟煤环境下相对湿度的变化对偏振特性有规律性的影响。随着相对湿度的增加,线偏振光入射时出射光的偏振特性逐渐增强,且能很好的保持自身的偏振态;圆偏振光入射时出射光的偏振度在相对湿度为85%时达到最大值,偏振度及偏振角波动较大且无明显规律。因此随着相对湿度的增加入射光为线偏振光时出射光在保持偏振态及偏振特性增强方面更具优势。     

线偏振光与圆偏振光后向散射偏振保持能力

通过蒙特卡罗仿真方法,分析了在不同尺度粒子的散射介质中线偏振光与圆偏振光后向散射的偏振保持能力,并运用瑞利散射和米散射理论对二者散射时偏振态的微观变化进行对比研究。结果表明,后向散射偏振保持能力与入射光的偏振态和粒子尺度均有关。对于瑞利散射粒子,线偏振光具有更强的偏振保持能力;对于米散射粒子,圆偏振光具有更强的偏振保持能力。     

粒子形态对浑浊介质后向散射光偏振特性的影响

偏振光在浑浊介质中传输的偏振特性的研究对实现各类偏振光技术具有重要意义。建立一种非球形粒子介质模型,并采用T矩阵法和矢量蒙特卡罗模拟相结合的方法,计算分析含不同非球形粒子的介质中的偏振光经过多次散射形成的后向散射光的偏振特性。按照介质所含非球形粒子的尺寸分为瑞利散射粒子介质和米氏散射粒子介质。结果表明:瑞利散射粒子介质中,不同粒子形态对线偏振光和圆偏振光的后向散射光的偏振特性的影响不显著,线偏振光保偏能力优于圆偏振光,线偏振方向得到保持,而圆偏振光旋性发生改变;米氏散射粒子介质中,不同粒子形态对后向散射光的偏振特性有显著影响,光学厚度大时,各介质中的圆偏振光保偏能力优于线偏振光,厚度小时线偏振光的保偏能力优于圆偏振光。此外,粒子的形态对偏振光后向散射光偏振度空间分布及光强空间分布均有显著影响。     

偏振光子的多层大气散射模型及其应用

为研究偏振光子在自由空间的传播特性,将大气视作分层介质,提出了"虚粒子"的概念:它处于两层大气的分界面上,只改变光子的步长而不改变其传播方向和偏振态,从而建立了偏振光子的多层大气Mie散射模型.基于该模型,对偏振光子在多层大气中的传播过程作了Monte Carlo模拟.模拟结果表明,该模型可以清晰地揭示各种大气传输过程中光子偏振态的变化及其规律,因而能够为自由空间量子通信及其它基于偏振光大气传播的相关研究提供支持.     

偏振信息传输理论及应用进展（特约）

光的偏振态是电磁波的基本属性,偏振信息是使用光的偏振态作为信息表现形式的工程科学应用技术,需要合适的表征方法对其进行描述。由于大气散射特性,光在地球表面存在一种特殊的偏振分布模式,可以用于近地空间自主导航,同时,不同的偏振态在各种散射介质中传输也具有特定的变化规律。因此,研究光的偏振信息在不同分散介质中的传输特性,对其在现代军事、航空、海洋等领域内的广泛应用具有重要的参考价值。近年来,偏振光学成像技术广泛应用于雾霾、水下及其他散射介质中的清晰成像,并取得了很多优秀的研究成果。文中主要介绍了光的偏振态的各种表征形式、偏振信息在不同分散介质中的传输特性、经过散射介质后的偏振信息恢复算法、以及偏振去雾技术的应用等,并在最后展望了偏振信息应用的未来发展趋势。     

不同湿度环境下可见光波段激光偏振特性研究

雾霾天气严重干扰了可见光成像效果,利用可见光偏振特性可以有效提升探测效率。雾霾环境会受到气溶胶颗粒湿度的影响,湿度是雾霾环境重要物理参数。为了获得可见光在雾霾环境的偏振特性规律,分析了环境湿度对偏振特性的影响。在非偏振光气溶胶单粒子散射特性基础上,采用改进蒙特卡罗方法建立了偏振传输模型,对不同湿度水雾环境下可见波段偏振光传输特性进行研究,重点分析水雾环境湿度改变对不同可见光波段偏振光偏振特性的影响情况并建立了接近真实水雾环境,通过室内实验对偏振模型进行验证,对不同湿度环境下的 450、532 、671 nm 线偏振光与圆偏振光的偏振度与偏振态改变进行了比较与分析,仿真模型置信度>60%。研究结果表明:偏振光的偏振度随水雾环境湿度是呈下降趋势。随着波长的增大,偏振度变化趋于平缓,出射偏振度随着波长的增加而变大,当激光波长为 450、532、671 nm 时,偏振度下降点的湿度值分别为 50%、70%、90%;圆偏振光入射,圆偏振光的旋性对于偏振度没有影响,且高于线偏振度值。对于水雾这种容易受湿度影响较大的环境而言,在可见光波段,应该尽量选择较长波长的偏振光进行传输探测,因为湿度对较短波长的影响比较长波长的影响要大,所以,在湿度较大的环境中,较长波长的圆偏振光是偏振保持特性最好的。在湿度较大的环境中,应尽量选取波长较长的偏振光成像,以达到较好的成像效果。     

采用平面波展开法研究一维全息光子晶体的禁带

为了研究一维全息光子晶体的禁带性质,采用平面波展开法做了相关计算,得到了一维全息光子晶体的禁带会受到入射光角度改变以及不同偏振特性影响的结论.在制作光束正入射时,介质中会产生完全禁带.当制作光束斜入射到介质表面上时,禁带不再是完全带隙:随着制作光束照射到介质表面的入射角增大,禁带位置移向高频区域.这一结果与用传输矩阵法计算得到的结果一致.并计算了不同偏振态下禁带宽度随入射角变化的关系:对于S偏振光.禁带宽度随着入射光角度的增加而变大,对于P偏振光,禁带宽度随着入射光角度的增加而减小.为开展下一步的实验工作提供了理论依据.     

大气散射光偏振特性分析

介绍了在激光偏振成像研究中,激光在大气传输中的散射光偏振特性的基本表示方法,根据Rayleigh散射和Mie散射理论,通过传输Mueller矩阵求解,分别对大气分子散射和气溶胶散射的单次偏振特性建立理论模型,并通过数值计算模拟的方法研究大气分子和气溶胶对自然光、水平线偏振光和45°线偏振光的偏振特性影响,最后介绍了用矢量传输方程来解决大气散射光多次散射偏振问题.     

圆偏振光的后向散射旋性反转特性分析

圆偏振光较线偏振光具有更多的潜在优势,尤其是在浑浊介质中,利用圆偏振光的旋性进行目标探测可以有效抑制散射光的影响。从经典单粒子偏振态描述方法出发,从散射介质属性和单次散射角大小的角度,阐明了圆偏振光在散射介质中旋性反转与保持的机理,并通过蒙特卡罗方法建模仿真,分析了圆偏振光的后向散射旋性反转特性。仿真结果表明,单次散射后,圆偏振光旋性的保持或反转取决于散射介质的属性及散射角的大小;多次散射后,圆偏振光的旋性保持或反转还和光子入射方向与光子接收面夹角的大小相关。特别地,圆偏振光的后向散射在低浓度散射介质中或短距离传输时会发生旋性反转,而在浑浊介质即高浓度散射介质中或远距离传输时会保持其初始偏振态。     

椭球形粒子浓度对激光偏振传输特性的影响

采用随机抽样拟合相函数的蒙特卡罗仿真方法,模拟了偏振光经过椭球形粒子发生多次散射后的偏振特性,并通过实验验证了其正确性。以长、短轴比为1.5的椭球形酵母菌粒子为研究对象,研究了激光在椭球形粒子烟雾中传输时的偏振特性。研究了波长为532 nm的0°线偏振光、45°线偏振光以及左旋圆偏振光在椭球形粒子烟雾扩散过程中偏振态的变化情况。结果表明,椭球形粒子的浓度越高,偏振度变化的随机性越大,且圆偏振光的保偏性优于线偏振光。在相同浓度下,不同起偏角度的线偏振光对偏振态的影响差别不大。     

Analysis of the polarization characteristics of scattered light of underwater suspended particles based on Mie theory

Aiming at the problem of underwater polarized laser scattering caused by underwater suspended particles, the equivalent spherical particle Mie scattering theory simulation method is used to study the polarization characteristics of underwater scattered light. The relationship between underwater suspended particle characteristics and optical characteristics is analyzed, and the effects of particle size, polarization characteristics of incident light, and angle of incidence on the degree of polarization of forward and backward scattering light are studied. The results show that:When the incident light is natural light, the degree of polarization of scattered light is very low at the forward-scattering angle, which increases with the increase of the scattering angle, but changes frequently with the increase of the particle size. When the incident light is linearly polarized, the degree of linear polarization of the scattered light is related to the azimuth Angle. The degree of circular polarization is largely unaffected by particle size.     

激光探测尾流微气泡的偏振特性研究

为了研究尾流中激光照明气泡幕的散射光强度和偏振的特性,利用基于偏振光传输的蒙特卡洛模型,对偏振激光入射含气泡群水体的三维空间分布模式进行仿真计算。研究了气泡和气泡群在不同气泡尺度,不同散射角条件下的散射光强和偏振状态;分析了气泡幕的气泡数密度,厚度对于散射光强度和偏振状态的影响。研究表明,散射光的强度和偏振度对气泡尺度和散射角较为敏感,气泡尺度参数越大,散射光强和偏振特征越趋向于集中在传输方向的小角度散射;气泡幕的数密度和厚度越大,散射光的强度随散射角度变化的敏感度下降,退偏振效果增强。     

基于主动式圆偏振光照射的探测建模与分析

圆偏振光有良好的“偏振记忆”效应,为了验证在 强散射介质中通过圆偏振光的旋性 差异可以有效抑制散射光的影响,实现复杂背景下的目标探测功能。从经典的米氏散射 理论和菲涅尔反射理论出发,结合偏振蒙特卡罗方法,构建了主动式圆偏振光在散射介质中 探测目标的模型,通过追踪每个光子的偏振态变化,统计分析了圆偏振光经过介质散射和目 标反射后的Stokes矢量信息。仿真结果表明,文中建模方法可以明显区分出散射介质中是否 存在被探测目标;不同的介质环境和不同的探测距离都会对目标的偏振成像造成不同程度的 衰减,而圆偏振差分成像及圆偏振度成像均可实现偏振成像的增强处理。文中建模方法可以 为全偏振探测的理论研究及实际应用提供借鉴。     

体积全息图的偏振特性

本文用多层介质膜系的特征矩阵,对反射全息图的理论衍射效率进行计算,讨论了以DCG为记录介质的反射全息光栅的偏振特性,主要采用计算机模拟的方法分析了反射全息图对p－偏振光和s-偏振光两种再现情况下的光谱响应,并给出了实验验证的结果。我们看到：在一定条件下,反射全息图的衍射效率很大程度上取决于入射光的偏振状态。最后,提出了在实际应用中如何选择偏振分量的考虑。     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

船舰远程尾流散射光偏振特性的蒙特卡洛模拟

为了研究船舰尾流气泡幕散射光的偏振特性,利用偏振光传输的蒙特卡洛模型模拟了不同偏振态入射光经过船舰尾流时散射光偏振度的二维空间分布模式,分析了偏振度的径向分布与气泡半径、气泡散射系数和气泡幕厚度的关系。研究表明,尾流气泡幕散射光的偏振度的二维分布具有空间方位选择性,不同状态入射光的分布模式差异明显;随着气泡半径的增大,尾流气泡幕前向散射光偏振度二维分布的图像的空间方位选择特性减小;随着散射系数的增大,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小;随着气泡幕厚度的增加,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小。     

基于偏振信息恢复的光通信

基于斯托克斯矢量和MC算法,在各种散射系统中研究了偏振信息的传输性能。根据偏振光斯托克斯矢量的散射特性,提出了一种能够减少散射对入射偏振光影响的PR方法。为了验证PR方法的有效性和实用性,仿真了在不同实际大气和水下环境,偏振传输和偏振信息恢复的结果。仿真结果表明,PR方法更适用于粒子半径相对大的杂乱媒介,并且长波可以有效地减少偏振信息的损失。此外,仿真结果也表明,在非均匀的大气媒介中下行和上行链路是不可逆的。在水下,PR方法同样用来减小散射对于光的偏振度的影响。通过PR方法,线偏振度的最大增强可达到16%。这些结果对于未来大气,水下量子保密通信具有重要的意义。     

剪切液晶散射偏光玻璃的视角特性

制备出应变调光玻璃样品,利用剪切装置对样品施加剪切应力后,样品呈散射偏光态。实验观察到样品所特有的在剪切力施加方向上透光率偏高的视角特性,通过建立理论模型并测试透光率随入射角变化曲线,得到了散射偏光玻璃透光率综合表达式,以及样品中液晶微滴倾斜角度与透光率关系。模拟计算表明,本文所建立的理论表达式能基本描述剪切液晶散射偏光玻璃特性。