角锥棱镜腔Nd3+:YAG激光器被动锁模的理论分析和实验研究

报道了角锥棱镜腔Nd3 :YAG激光器的被动锁模理论分析和实验研究.理论分析并数值模拟了角锥棱镜旋转导致的腔内偏振态和光强的变化.利用偏振镜得到了线偏振的脉冲激光输出,并且和角锥棱镜一起改变腔内偏振态.实验中通过旋转角锥棱镜改变腔内的偏振态,调节腔内光强,得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,与理论分析的结果相一致.     

光轴任意取向单轴晶体的非正入射工作状态：非正交Jones矩阵

当光线斜入射到光轴任意取向的单轴晶体上时，采用ｏ，ｅ两光线的光矢量本征振动方向为一组非正交基矢。在这组特殊基矢上建立了Ｊｏｎｅｓ矩阵，得到了单轴晶体光学传输特性的较为严格的描述。     

角锥棱镜腔Nd∶YAG固体激光器特性的理论分析

理论分析了角锥棱镜腔Nd∶YAG固体激光器的特性,通过数值模拟得出结论,角锥棱镜谐振腔对角锥棱镜的平移失调有一定的敏感性,而对输出镜的角度失调是不敏感的。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射方程,模拟出角锥棱镜腔近场模式,该模式由六个瓣状结构组成,与实际光斑相吻合。根据斯托克斯参量分析出,角锥棱镜出射光的偏振态随角锥棱镜转动发生改变,出射的椭圆偏振光的椭圆率和方位角随着角锥棱镜的转动发生改变。     

角锥棱镜腔Nd:YAG固体激光器特性的理论分析

理论分析了角锥棱镜腔Nd:YAG固体激光器的特性,通过数值模拟得出结论,角锥棱镜谐振腔对角锥棱镜的平移失调有一定的敏感性,而对输出镜的角度失调是不敏感的.利用菲涅耳一基尔霍夫衍射方程,模拟出角锥棱镜腔近场模式,该模式由六个瓣状结构组成,与实际光斑相吻合.根据斯托克斯参量分析出,角锥棱镜出射光的偏振态随角锥棱镜转动发生改变,出射的椭圆偏振光的椭圆率和方位角随着角锥棱镜的转动发生改变.     

角锥棱镜谐振腔的本征偏振态

利用琼斯矩阵方法,对角锥棱镜谐振腔的本征偏振态特性进行了分析,首次发现在角锥棱镜腔激光器中存在两种彼此独立的本征偏振态,对于增益各向同性介质,这种本征偏振态为线偏振.该结果从理论上解释了角锥激光器输出光的相干特性.     

用Stokes参量法研究角锥棱镜的偏振特性

角锥棱镜的偏振特性会产生退偏效应影响免调试固体激光器的输出质量和效率,也可以实现相干互注入用于激光合成领域。无论是光的合成还是退偏效应的消除,都需要有精确的偏振特性数据。利用解析几何和光线追迹法从理论上推导出角锥六种光回路的Mueller偏振变换矩阵。为了提高测量精度和稳定性,设计了一种动态检测Stokes参量的方法,通过实验获得角锥棱镜六种传输光路的高精度数据,实验与理论的误差率为4.470%,误差在合理范围内,可以确定其偏振特性。所做研究将有助于消除角锥棱镜的退偏效应,提高免调试固体激光器等设备的性能,提高激光合成效率和质量。     

角锥棱镜后向衍射特性的Zemax分析

当角锥棱镜(CCR)作为激光的合作目标时.其后向空间衍射特性是进行系统设计所必须考虑的.Zemax具有强大的物理光学计算能力,可对非序列光学元件角锥棱镜的后向衍射特性进行仿真,仿真结果精度高,方法简便具有通用性.首先建立了角锥棱镜的几何模型.分别计算了在垂直和倾斜入射条件下,理想和具有二面角误差角锥棱镜近场和远场的衍射图样,最后考虑偏振效应下角锥棱镜的衍射图像,将近场模拟结果与实际测量值进行了对比,具有非常好的一致性.根据定量的仿真计算结果,得到了一系列有益于工程设计的结论,借助于Zemax,将对不同使用要求的角锥棱镜及其系统设计产生极大便利.     

角锥棱镜谐振腔输出模式模拟研究

为了探究角锥棱镜谐振腔输出模式的分布,在考虑角锥棱镜存在二面角加工误差的情况下,采用矩阵光学方法和矢量运算方法,建立了一套角锥棱镜反射模型,给出了角锥棱镜谐振腔输出模式的计算公式及数值模拟计算方法。用傅里叶变换方法和Fox-Li迭代法数值模拟得到了理想角锥棱镜谐振腔及存在二面角加工误差时的角锥棱镜谐振腔的输出模式。模拟结果表明:理想角锥棱镜谐振腔输出模式由六个均匀分布的对称的瓣状结构构成,而存在二面角加工误差的角锥棱镜谐振腔的输出模式中各个区域的强度分布不对称。     

角锥棱镜式半导体抽运单频固体激光器

基于单块非平面单向行波环形腔实现单频激光振荡的原理,提出一种新型非平面环形腔单频激光器结构.新型激光谐振腔以角锥棱镜和直角棱镜组成振荡光束非平面反射光路.光线在角锥棱镜内实现非平面全内反射,并引入不同方向偏振分量之间的相移,所以角锥棱镜起到波片的作用.直角棱镜由激光增益介质Nd∶YAG加工而成,其自身具有磁光效应,在外加磁场作用下相当于法拉第旋光器.直角棱镜的一个直角面作为单频激光的输出面,镀上对S和P偏振光反射系数不同的介质膜,其作用相当于偏振器.这样法拉第旋光器、波片和选偏介质膜共同构成光学单向器,使光在腔内单向传播,克服由于腔内存在驻波而引起的空间烧孔,实现单频振荡.角锥棱镜式谐振腔与单块非平面谐振腔及其他形式的环形腔相比具有如下优点:(1) 抽运方式灵活,既可以侧抽运,也可以端抽运,这样有利于实现大功率单频激光输出.(2) 可以在腔内插入其他光学元件,实现调Q,调频及主动稳频等功能.(3) 可以应用热光胶技术将其单块化,以提高谐振腔的机械稳定性.(4) 角锥棱镜和直角棱镜对光传播方向失调不敏感,这一特点使角锥棱镜式谐振腔较普通环型腔具有更好的稳定性. 实验研究得到角锥棱镜式非平面环形腔激光器单频激光输出功率1 W以上,光-光转换效率为23%.这种腔型还可以做激光放大器.(OC25)     

角锥棱镜阵列像差仿真与实验研究

阐述了全光路像差校正自适应光学系统的工作原理,明确了全系统的校正能力受制于角锥棱镜阵列的面形像差.针对工作在0.6328μm波长的全光路像差校正自适应光学系统,从仿真的角度研究了3种角锥棱镜阵列,研究了角锥棱镜阵列的组成单元--角锥棱镜的综合角误差在2"以内时,角锥棱镜阵列的面形像差可以忽略.用WYKO干涉仪测量了实际角锥棱镜阵列内每个角锥棱镜的波像差,根据波像差计算的综合角误差,拟合了角锥棱镜阵列的面形,验证了仿真结果.     

“猫眼”逆反射器的偏振特性分析

根据矢量场的光线追迹方法和光路的几何关系,推导得出入射高度（归一化）、折射率和逆反发散角之间的变化关系,以逆反发散角最小为目的,得出猫眼逆反射器的最佳设计参数,并利用ZEMAX进行光学设计。基于三维琼斯矩阵法对所设计的猫眼逆反射器进行了偏振光线追迹和偏振特性研究,重点分析了猫眼逆反射器的位相延迟和二向衰减特性及其对光束偏振态的影响,理论计算表明:猫眼逆反射器在出瞳面上的位相延迟最大不超过0.3,二向衰减均低于0.027,且线偏振态入射猫眼逆反射器,出射仍为线偏振态,即偏振方向保持不变。对此,利用FRED对所设计的猫眼逆反射器进行了以水平、45、圆、椭圆偏振态入射的仿真模拟,验证其理论分析的正确性。结果表明:经猫眼逆反射器逆反后的偏振态仍与入射偏振态相同,偏振方向不发生改变,这与理论计算结果相一致,即猫眼逆反射器具有保偏振态不变的效应,这对猫眼逆反射器的推广应用具有重要意义。     

复合1／4波片工作特性分析

基于偏振光矢量的琼斯矩阵理论,本文分析了复合波片的工作特性,结果表明：复合1／4波片系统并不存在所谓的等效快轴,但对偏振态的变换作用可等效于旋光器和单1／4波片的组合。     

偏振态对角锥棱镜远场衍射分布的影响

分析了线偏振光垂直入射到角锥棱镜经三个直角面依次反射后出射光线偏振态的变化。利用衍射理论,计算了出射光两正交偏振分量各自的远场衍射分布,模拟出了相应的光场衍射分布图,并将计算结果与不考虑偏振态情况下的远场衍射图进行了比较分析,证明两者间存在明显差别。所得结果为不同使用要求下角锥棱镜的理论设计提供了依据。     

相位因子对偏振转换光纤性能的影响

针对变转速旋转双折射光纤偏振转换器件的具体结构,采用相位延迟片模型和琼斯算法,逐点计算了光纤中光学偏振态的琼斯矢量。首次考虑了光纤器件内部各点的相位因子对传输光偏振态演化的影响,不仅计算了偏振消光比在光纤内部各点的变化曲线,而且也计算了偏振方位角沿光纤内部各点的变化图像,完整全面地给出了线偏振光自慢转端向快转端转变为圆偏振光和圆偏振光自快转端向慢转端转变为线偏振光的演化历程。深入讨论了相位因子对偏振转换性能的影响,为偏振转换光纤器件的设计和检测提供了进一步的参考依据。     

人眼海丁格尔刷效应的偏振感知建模与分析（特邀）

海丁格尔刷效应是一种人眼对线偏振光进行感知的内视效应,可用于判断人眼黄斑疾病的病变情况。针对现有海丁格尔刷效应图像存在难以精确仿真和分析的问题,通过三维琼斯矩阵和矢量对人眼的偏振感知效应进行计算,建立了一种人眼偏振感知模型,对理想、近/远视和散射等形式的人眼进行了偏振像差分析。结果表明:在人眼内介质均匀的情况下,人眼光瞳上正入射的460 nm波长线偏振光因晶状体[?5D,+5D]屈光度差异所产生的二向衰减小于1%。基于所建立的人眼偏振感知模型,利用入射偏振光的三维琼斯矢量对人眼光瞳上不同入射光场和屈光度的海丁格尔刷效应强度图像进行仿真计算,为海丁格尔刷效应的研究提供有效理论依据,扩大海丁格尔刷效应在人眼黄斑病变检测中的应用。     

对琼斯矩阵法测量PMD的改进

为了精确确定输出光的偏振态,对JME测量结构进行了改进,加入了1／4波片．引入正弦值,计算确定了输出光的琼斯矢量、光纤的琼斯矢量和光纤的琼斯矩阵,使测量误差减小到6％。     

SBS—FOG中受激布里渊散射光偏振特性的理论分析

本文考虑了双折射效应对保偏光纤两个偏振主轴方向上受激布里渊散射（SBS）光增益的影响,利用Jones矩阵理论分析了受激布里渊散射光纤陀螺（SBS－FOG）敏感环中在保偏光纤熔接点进行角的偏振主轴旋转后受激布里渊散射光的偏振特性,得出当θ=90度时,在敏感环中的受激布里渊散射光不仅具有最大偏振度,而且还使其中的两个本征偏振态（ESOP）达到稳定的结论。θ     

光致各向异性记录介质偏振全息图的透射矩阵

在给定参，物光波的偏振态和位相差的关系以后，用光致各向异性介质记录的偏振全息图的光学常数分布便被确定。这样，可以把偏振全息图看作是一种复杂的偏振元件，按照偏振元件的矩阵理论，可以求出偏振全息图的透射短阵，透射矩阵与照明光的琼斯矢量相乘，使可以求出再现光波的琼斯矢量。     

Polarization gratings: design and applications

Polarization gratings are nondepolarizing polarization elements that alter the polarization state of the transmitted light in a periodic way, yielding a polarization-dependent diffraction. Using both the Jones and Stokes formalisms, we demonstrate that the polarization states of the higher order waves do not depend on the polarization state of the incoming light and that they are fully characterized by the polarization grating vector. We furnish a general model for polarization gratings that can be advantageously used for their design and show that a chain of three polarization gratings is a achromatic in-line polarimeter. In addition, we show that polarization gratings can be used as a tool to measure polarization mode dispersion.     

偏振失配对空间相干光通信系统性能的影响

基于琼斯偏振理论,对通信系统光端机和大气传输信道进行了偏振建模,定量分析了传输过程中二者对信号光的偏振改变作用,并推导出信号光和本振光的偏振失配与混频效率之间的关系.在此基础上,利用偏振调控反馈算法和PCD-M02型压电陶瓷式偏振控制器(PCD),提出了一种自动反馈式偏振调控补偿装置,能够有效避免偏振失配现象的发生,保证了较高的混频效率,进而提高了空间相干光通信系统的整体性能.