光场偏振参量演化特性与精细结构研究

将偏振参量携带的独有特征信息用于目标成像与探测、信息传输、超分辨率信息提取等应用是当前国际上极为关注的前沿研究。目前在开展这些应用时碰到的理论困难主要集中在对偏振参量的演化特性和空间精细分布结构缺乏系统、规律性认识。其中：导致偏振参量演化的物理机制和对其精细结构描述是问题的关键环节。本项目试图：1）针对以交叉偏振效应为主线的偏振参量演化内在原因、复杂光场偏振参量定义、高阶相关性中的偏振效应纵向特性这三个亟待解决的问题开展研究；2）进而完成以相位涡旋的正交展开为主线的偏振奇异性产生及其伴随精细结构的描述。通过这两方面的研究，从而偏振本质属性层面为拓展对偏振参量有目的性调制和操控能力提供理论依据。

本项目按计划进行，完成了项目计划的全部研究内容，实现了预期目标，取得了有意义的结果。已在国内外学术期刊正式发表论文19篇，其中，国际期刊14 篇，国内核心期刊5篇，SCI 收录11 篇，EI 收录9篇。 . 本课题按计划，一方面以交叉偏振效应为主线，展开偏振参量演化内在原因、复杂光场偏振参量定义、高阶相关性中的偏振效应纵向特性等问题的研究；另一方面以相位涡旋的正交展开为主线，展开偏振奇异性产生及其伴随精细结构描述的研究。通过这两方面的研究，从偏振本质属性层面为拓展对偏振参量有目的性调制和操控能力提供了理论依据。. 对于偏振参量演化内在原因、复杂光场偏振参量定义、高阶相关性中的偏振效应纵向特性等问题的研究，详细讨论了导致偏振参量演化的机理。偏振参量演化是光经历一定路径达到观察面过程中的变化情况，因此演化可理解为沿光传播的纵向效应。通过选取准均匀随机介质作为模型研究光经过该类介质散射后偏振度的角分布情况。在将标量散射利用矢量角谱方法推广到矢量散射后，重点分析了随机介质统计参数尤其是折射率空间相干性因素所起的主要作用，并指出相干因素是引起偏振度演化的原因之一。在此基础上，将偏振度演化机制的研究延伸到具有相似性的部分相干光源辐射场。同时，通过引进交叉偏振度概念，指出相干性效应并非导致偏振度演化的唯一因素，指出交叉偏振效应同样导致偏振度演化，明确了偏振度演化机制。. 对于偏振态精细结构的研究主要围绕随空间位置变化偏振态分布的产生及分布中偏振奇异点的分析展开。借助奇异光学理论对偏振椭圆场进行了整体性分析，讨论了圆偏振点附近椭圆方位角包络线的形态以及小幅扰动下圆偏振点的运动情况。分析了扰动作用下奇异点拓扑稳定性导致的方位角包络线拉伸与压缩效应和由此引起的圆偏振点形态之间的转化。在此基础上，提出了一种利用三矢量光束叠加形成偏振奇异阵列的实验装置，获取了稳定的、可调控的偏振奇异阵列结构，并讨论了采用这种方法产生的偏振奇异阵列的分类，通过模拟分析给予了证明。另一方面研究了涡旋光束的特性，包括离轴的涡旋光束的传输及衍射特性和相位奇异阵列的产生，获得有意义的结论。