光场偏振奇异性与伴随的光谱异常研究

利用偏振参量独有的特征信息发展各种光学技术是当前勃兴的研究领域。而偏振态随空间变化的非均匀偏振光提供了更为丰富的偏振自由度。研究这类分布中的偏振奇异性特征是开掘这些自由度的有效手段。本项目拟利用理论与实验相结合的手段，研究偏振奇异性的产生方法、空间分布、精细尺度上的拓扑结构和伴随的光谱异常现象，目的在于探索可控制的产生、利用偏振分布模式整体信息的方法以及掌握光学过程中自发形成的偏振奇异性的物理机制，并阐明这些偏振特征与光谱参量之间的相互作用、影响关系，试图揭示一些未被充分认识的偏振自由度并为工程应用中主动的、有目的地利用这些偏振信息提供理论支持。

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14篇，其中，国际期刊10篇，国内核心期刊2篇，SCI 收录7 篇，EI 收录5篇。.本课题按计划，利用理论与实验相结合的手段，研究偏振奇异性的产生方法、空间分布、精细尺度上的拓扑结构和伴随的光谱异常现象，目的在于探索可控制的产生、利用偏振分布模式整体信息的方法以及掌握光学过程中自发形成的偏振奇异性的物理机制，并阐明这些偏振特征与光谱参量之间的相互作用、影响关系，试图揭示一些未被充分认识的偏振自由度并为工程应用中主动的、有目的地利用这些偏振信息提供理论支持。.理论工作方面，主要是围绕弱散射光场的退偏机制、弱散射场的相干性和偏振特性、光束的广义斯托克斯参量等相关问题展开，详细讨论了光场在不同介质中传输过程的偏振特性的演化过程。以弱散射场为载体，一方面研究了弱散射场的退偏机制、光场的统计相似及弱散射场相干性。另一方面，则研究了散射场的光谱相干性的变化，并给出了相干度恒定条件。在准均匀光束传输特性研究过程中，则主要是完成了广义斯托克斯参量的研究。在以上的基础理论的研究上，有目的地研究了厄米贝塞尔光束在大气湍流中的传输特性、均匀光束在海洋湍流中的恢复特性、准均匀光束在柯氏和非柯氏统计模型下大气湍流中的偏振演化等。这些研究为探测应用领域提供了理论依据。.在实验方面，针对光场中普遍存在的偏振奇异点，研究产生这些奇异点及其阵列的光学调控方法、空间分布特点、分类等内容，同时还研究在随机环境下光传播和散射过程的偏振性质；实验表明，有目的的控制相干光束的振幅和相位，可以有目的的获得期望的偏振奇异点。在此基础上，三光束干涉场生产偏振奇异阵列的方法被提出，并实验验证，实现了批量生产奇异点的目的。进而以偏振奇异点为骨架，研究奇异点周围光场的典型拓扑结构及其稳定性。在实现了二维空间的偏振奇异点的基础上，又对三维空间的偏振奇异点进行了研究，并发现了一种新的偏振奇异点。这些奇异点决定了整个光场的偏振态分布，因此偏振奇异点的研究对光场的偏振态分布极为重要。