Polarization of pulsed random beams

Thumbnail Image

Files

urn100536.pdf (987.4 KB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2011

Department

Teknillisen fysiikan laitos

Major/Subject

Optiikka ja molekyylimateriaalit

Mcode

Tfy-125

Degree programme

Language

en

Pages

[6] + 71

Series

Abstract

Valon polarisaatiolla on monitahoinen matemaattinen rakenne sekä suuri määrä hyödyntämiskohteita eri tieteen ja tekniikan alueilla, kuten lähikenttäoptiikassa, valon ja aineen vuorovaikutuksessa sekä optisessa tiedonsiirrossa. Valonsäteiden polarisaatiota on tutkittu laajasti satunnaisten, tilastollisesti stationaaristen säteiden osalta, mutta tähän mennessä pulssitettujen säteiden osittaisen polarisaation kuvaamiseen ei ole kehitetty johdonmukaista, kattavaa teoriaa. Työn aluksi esitellään stationaaristen kenttien kuvaamiseen käytetty polarisaatioformalismi aikatasossa polarisaatiomatriisin ja taajuustasossa ristispektrimatriisin (crossspectral density matrix, CSD) avulla. Stationaaristen kenttien polarisaatioteorian kertaamisen jälkeen työn pääasiallisessa osuudessa kehitetään polarisaatiomatriisiformalismi ei-stationaarisille kentille aika- ja taajuustasoissa. Aika- ja taajuustason polarisaation välille johdetaan yhteys, jota analysoidaan mitattavissa olevien aika- ja taajuustasojen suureiden, polarisaatioasteen ja Stokesin parametrien, avulla. Valopulssin polarisaatioasteen ja -tilan muuttumista ajan ja taajuuden funktiona havainnollistetaan esimerkein. Yksi esimerkeistä kuvaa pulssia, jonka aikatason polarisaatioastetta ja -tilaa voidaan muokata halutulla tavalla pulssin pysyessä kuitenkin taajuustasossa täysin polaroituna. Työn viimeinen osuus esittelee optisen laitteiston, jolla voidaan muokata pulssien aikaprofiilia. Laitteisto perustuu peräjälkeen aseteltuihin dispersiivisiin optisiin elementteihin ja aikariippuviin vaihesuotimiin, jotka yhdessä muodostavat aika-avaruuden analogian paikka-avaruudessa toimivasta optisesta kuvantamisjärjestelmästä. Pulssin polarisaatioominaisuuksia voidaan muokata moninaisilla tavoilla kohdistamalla pulssin keskenään kohtisuoriin polarisaatiokomponentteihin toisistaan eroavat aikasuurennokset.

Polarization of light beams exhibits rich mathematical structure and great variety of applications in diverse areas, such as near-field optics, light-matter-interaction and optical communications. The polarization of light beams has been studied extensively for random, statistically stationary beams, but so far no consistent formalism has been introduced for characterizing partial polarization of pulsed beams. The polarization formalism for stationary fields is presented in time and frequency domains in terms of the temporal polarization matrix and the cross-spectral density matrix, including some recent developments on the connection between temporal and spectral polarization. After recalling the theory for stationary fields, the main part of the thesis develops the polarization matrix formalism for non-stationary fields in both time and frequency domains. The connection between temporal and spectral polarization is derived and analyzed in terms of the measurable polarization quantities, the temporal and spectral degrees of polarization and the temporal and spectral Stokes parameters. Examples are used to illustrate how the degree and state of polarization of a pulse may change with time or frequency. One of the examples describes a pulse whose temporal degree of polarization and polarization state may be tailored while keeping the pulse spectrally fully polarized. The last part of the thesis presents an optical arrangement for modifying the temporal profile of pulses by using a cascade of dispersive optical elements and time-dependent phase filters, which forms the temporal analogy of a spatial imaging system. The polarization properties of a pulse may be adjusted in versatile ways by applying different temporal magnification to the pulse's orthogonal polarization components.

Description

Supervisor

Friberg, Ari T.

Thesis advisor

Setälä, Tero

Keywords

polarisaatio, koherenssi, sähkömagneettinen teoria, pulssitettu valo, polarization, coherence, electromagnetic theory, pulsed light

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201207022739

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI