双光楔旋光退偏器的Mueller矩阵分析

退偏度是衡量退偏器性能的主要参数.为了提高双光楔旋光退偏器的退偏性能,应用平均Mueller矩阵推导出双光楔旋光退偏器退偏度的理论表达式,并利用平均Mueller矩阵和斯托克斯矢量建立了退偏器偏振度与相关参量间的关系.通过对一阶贝塞尔函数求解,理论上就退偏器的退偏性能进行了解释.退偏度的大小与入射光的波长、光瞳半径、退偏器的结构角等参数有关.在Matlab软件环境下对理论结果进行了模拟计算.模拟计算结果表明:波长越短退偏越容易,在一定范围内适当增加光瞳半径或结构角可以提高退偏效果.理论结果与相应的实验结果相一致,证明了理论分析的正确性.为退偏器的优化设计、生产及使用提供了理论基础.     

一种用于大气超光谱探测的异型双H-V消偏器

高精度的大气探测光谱仪应用十分广泛,但是由于太阳发出的自然光与大气作用后所产生的(部分)偏振光会影响设备的探测精度,所以该类光谱仪通常需要去除入射光的偏振影响。论文针对大气超光谱成像探测设备的消偏需求,提出了一种新型的双H-V(horizontal-vertical)消偏器。由于晶体的双折射结构在光学原理上可以产生消偏效应,所以消偏器材料通常为双折射晶体,但是该结构同时又会产生双像,从而降低光谱仪的成像质量。针对此问题,结合该大气超光谱探测设备中空间维像元合并的特点提出了一种异型双H-V消偏器。它不同于传统双H-V消偏器中两子H-V楔角相等的结构,所提出的异型双H-V消偏器两个子H-V楔角不同,从而使其在光谱维及空间维对应不同的双像距,在满足退偏度要求的同时保证了成像质量,很好的解决了高消偏度与高成像质量之间的矛盾。论文详细阐述了消偏器的设计方案,并针对消偏效果与成像质量进行了分析,消偏器的退偏率优于98.8%,并且在空间方向双像所占像元数仅为合并像元的8.7%。     

多光束叠加方法对Lyot改进型退偏器的偏振相关性研究

为深入研究Lyot改进型退偏器的性能,首次利用多光束叠加方法,分析其退偏性能的偏振相关性。理论分析发现:在楔角足够大的情况下,线偏振光振动方向与入射端晶体光轴夹角,即振动方位角为0°或90°时,退偏效果理想,夹角为45°时一般最差,但当退偏器对入射波长相当于1/4波片时,任意方位角的入射光都有同样好的退偏效果。实验较好验证了理论分析结果,并通过改变入射角使样品的总延迟量达到1/4波片效果,此时退偏度在99%以上。该研究为退偏器的理论分析和设计提供了新的参考依据。     

星载光栅色散型光谱仪消偏器的设计与分析

为了保证成像测量结果的相对准确性,需要消除光谱仪中光学器件的偏振响应,加入消偏器是一种常用的消偏方法。由于成像光谱仪探测性能的要求,不仅需要消偏器在光谱仪的响应波段内具有良好的消偏效果,还要求消偏器应尽可能小地影响光谱仪的成像质量;对大气遥感探测星载双楔角临边成像光谱仪中的消偏器进行研究,通过积分的方式对消偏器的楔角进行计算分析,通过MATLAB的优化仿真确定了影响消偏器性能的参数,并对其进行了相关的误差分析。     

星载光栅成像光谱仪的退偏器设计与分析

星载光栅成像光谱仪中的光栅通常有着强烈的偏振响应,为保证成像光谱仪测量结果的准确性,加入退偏器是消除光学系统的偏振响应的一种常用方法.对水平-垂直(H-V)型石英退偏器的退偏原理进行了理论分析,根据成像光谱仪的偏振响应特点,采用一片H-V型石英退偏器即可实现光谱仪的退偏要求.重点分析了退偏器引入的双像对成像光谱仪像质的影响,分析的结果表明,加入退偏器后,仪器偏振响应敏感度小于1%,MTF下降小于1.5%,像质满足使用要求,完全可应用于星载光栅成像光谱仪.     

一种实用的准单色光退偏器的研究

用矩阵方法对一种准单色光退偏器Ｌｙｏｔ改进型退偏器进行了详细的理论分析，得到了该退偏器的有效退偏条件为：１）退偏器的总延迟必须足够大；２）晶体楔角或通光孔径必须足够大；３）二晶体光轴夹角必须是４５°。实验表明，该退偏器在４００～８００ｎｍ宽光谱范围内对±１０ｎｍ的任意准单色偏振光进行退偏后，平均的残余偏振度小于１．２％。     

适用于单色脉冲光的新型双光楔晶体退偏器

针对单色脉冲光的退偏振应用,对传统双折射晶体退偏器存在的局限性进行分析,提出了一种新型的双光楔晶体退偏器。此退偏器由2个光轴互相成π4并设计成特殊楔形的石英晶体光楔组成,理论计算结果表明此退偏器能对单色脉冲光完全退偏。基于光学设计软件(A SAP)对所设计的退偏器进行了仿真计算,结果表明经此退偏器退偏后的出射光偏振度P0.001 26。此退偏器的特点是对于任意偏振态的单色入射光都能实现有效的退偏,也适用于对准单色光进行退偏,且退偏效果与时域无关。     

Lyot型单色光退偏器设计与研究

为了实现单色线偏振光的退偏,在Lyot型退偏器的基础上,设计了一种新型退偏器。该器件由2个慢轴夹角为45的1/4波片组成,通过对透射光的叠加分析,发现该退偏器可将任意振动方位角的线偏振光转化为强度稳定的圆偏振光,并得到其退偏度表达式。针对633 nm波段,精选2个1/4波片制作样品,并测试其退偏度。测试结果表明:对不同方位角的线偏振光,退偏器退偏度超过94%,当微调入射角时,退偏度则达到97%以上。     

一种新型空间伪退偏器的设计与研究

为实现单色线偏振光的退偏,设计了一种双折射晶体材料四元结构空间伪退偏器。为了分析简便,采用光波叠加的思想,分析得到退偏器正反向应用时退偏度表达式,揭示了它们的不同特性:正向应用时,退偏度随入射线偏振光方位角及入射角具有周期变化,而在某些特定的入射角情况下,可使退偏度达到理想值且没有偏振相关性。反向应用时,退偏度理论值为100%,且不随方位角和入射角变化。制作了石英晶体的样品进行实验测试,结果充分验证了理论分析的正确性。对405nm激光光源,正向在yoz面内以3.7°入射时,退偏度超过99.25%;反向应用时,退偏度均在99.21%以上,与理论分析相符。     

石英光楔退偏振器研究

本文对石英光楔作为退偏振器的原理、设计及有效性进行了理论分析和实验研究,指出了最佳退偏条件。     

宽谱段成像光栅光谱仪消偏器的设计

随着宽谱段高分辨率光谱仪在海洋空间遥感领域的广泛应用,其前置消偏器的设计要求越来越高。为满足成像光谱仪的要求,利用矩阵光学的原理,对应用最为广泛的Lyot消偏器,从残余偏振度的公式出发,对其与晶体楔角和厚度的关系进行数值分析,结合残余偏振度和光学系统分辨率的要求提出了用于宽谱段光谱仪消偏器参数的设计方法。运用该设计方法对400~950nm宽谱段成像光栅光谱仪消偏器进行设计,在全波段范围内,光谱分辨率为4nm时,对任意偏振态的线偏光,消偏器的出射光的残余偏振度均小于2%。     

石英消偏器紫外-真空紫外消偏特性研究

在Lyot消偏器的基础上 ,设计研制了由两块楔角相同的楔形石英晶体构成的石英消偏器 ,用于降低光谱仪偏振响应度。根据矩阵光学理论 ,数值模拟计算了紫外 真空紫外波段石英消偏器消偏特性随其中心厚度以及入射光偏振状态、光谱带宽等的变化规律。利用氟化锂偏振器作为起偏器和检偏器 ,在 1mSeya Namioka单色仪上实验研究了石英消偏器在紫外 真空紫外波段的消偏特性 ,经过石英消偏器后 ,出射光的偏振度小于 1% ,可满足石英消偏器用于光谱辐射测量的工作要求。     

星载光栅光谱仪消偏器性能研究

星载光栅光谱仪中的光栅有着强烈的偏振响应。为了保证光谱仪测定的光谱分布的准确性,必须在光辐射进入仪器光谱测量部分之前就消去光辐射的偏振。应用矩阵光学推导出了这种紫外石英消偏器的残余偏振度,并得到影响其消偏性能的几个因素。建立了一套测试系统,在300-360nm波段上对其消偏性能进行了研究,得出入射光经过紫外石英消偏器后的残余偏振度变化范围1.2%-5.7%。与理论推导有较好的一致性。并按照国际通用不确定度评估规范,对测量结果进行不确定度分析和评估,组合不确定度小于1.8%。     

反射差分谱系统新设计的理论分析

本文以缪勒矩阵理论为基础,对反射差分谱测量系统给出一种新的设计方案.考虑到可能引起误差的各种因素,用缪勒矩阵方法得出光源的偏振特性和退偏器的退偏性能对测量结果有一定影响,而其它因素对测量结果没有任何影响,这为该系统的建立过程中究竟如何有效地降低误差提供了理论指导.     

Lyot型退偏器的光束叠加分析

为了深入研究Lyot型退偏器的退偏原理,利用光束叠加的方法,通过分析得到了该退偏器对复色线偏振光的退偏度表达式。利用该表达式及光束叠加思想,从新的角度分析了Lyot型退偏器的三个理想退偏条件:晶体光轴夹角为45°;每一片晶体的延迟量足够大;两片晶体的延迟量之差必须足够大。通过比较发现,早期研究结论的不同主要是由于选取的光源功率密度谱不同造成的。研究结果表明,光束叠加方法计算简单、意义清晰、退偏度表达式简洁,可以更加全面、细致地实现退偏性能的分析。     

基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法

高光谱成像技术在众多领域中具有广泛的应用潜力,仪器的轻小型化能够助力该技术的推广。为探索新的干涉高光谱成像技术方案,研究了一种新型的基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法。通过在成像系统中加入对称楔形干涉器,实现干涉光程差与视场角的关联调制。通过分析系统的工作原理,设计了系统的干涉成像光路模型,并对干涉腔楔角、反射率、成像物镜等主要参数和成像推扫方式进行了讨论分析,采用Zemax光学设计软件对干涉成像光路进行了仿真研究。研制了原理样机,对激光光源和实际场景目标进行了光谱成像实验,得到了较好的实验结果。研究表明,该高光谱成像方法不仅具有高光通量、高光谱分辨率的优点,而且能够有效实现仪器的轻小型化。     

物光复合调制的数字全息散斑去噪方法

为了克服在数字全息术中激光源高相干度造成的散斑噪声降低成像质量问题,论文提出将石英退偏器与电控液晶散射片相结合用于数字全息术中。通过在物光路中加入一个石英退偏器,利用退偏器的退偏性能使物光光路中的线偏光变成随机偏振光,降低与参考光的相干程度,实现对散斑噪声的抑制;通过给液晶散射片外加电场可以引起液晶分子的运动和光轴取向改变,调整液晶驱动电压大小来改变入射光的不同散射效果,有效地降低了光源的相干性;分别将单独采用石英退偏器和电控液晶散射片的重建图像与组合装置的重建图像进行对比分析,通过实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明：两种实验对象在组合装置下的重建像峰值信噪比分别达到16.91和18.30,结构相似度为0.47和0.43,等效视数较原始重建像提高了42%和30%,散斑指数为1.52和1.29。论文提出的方法可较好地去除散斑噪声,保留更多的图像细节部分。     

拉曼光谱退偏度测量实验的设计及其应用的研究

本文根据拉曼光谱的理论,利用LRS-Ⅲ型激光拉曼光谱仪设计了拉曼光谱退偏度测量的实验,对四氯化碳CCl4退偏度测量的结果与理论计算值吻合;并以苯和环己烷为例,提出了根据拉曼光谱退偏度的测量判断未知物质的分子结构的方法及其在温度、压力等物理条件变化时动态研究分子结构和机理中的应用.     

偏振遥感器带内相对光谱响应度定标方法研究

带内相对光谱响应度是检测和评估偏振遥感器带内响应非一致性的基本参数。采用基于激光抽运氙灯光源的单色仪、消偏器、参考探测器和45°分束镜,搭建了一套偏振遥感器相对光谱响应度测量装置。该装置采用消偏器消除单色仪输出的偏振特性,通过光谱偏振分析仪(SPOLA)进行消偏精度的测量和验证。采用分束镜同步测量的方法来降低光源的非稳定性影响,提高测量精度和效率。采用成像区域大气校正仪490nm和870nm偏振通道作为应用案例,开展了带内相对光谱响应度的整机测试实验。实验结果表明,大气校正仪中心波长测量极差值与带宽均值的比值精度在0.25%以内,满足带内响应非一致性小于0.6%的定标要求。     

基于偏振激光辅助照明的ICCD探测技术研究

为了验证偏振激光辅助照明ICCD探测目标的可行性,I以偏振成像探测原理为基础,提出一套基于偏振激光辅助照明的ICCD探测系统。该系统采用808 nm人眼不可见偏振激光辅助照明,ICCD对后向散射激光进行检偏和光电信息转换,实现背景中目标的偏振成像探测。通过在野外环境中对该系统的探测能力进行实验测试,结果表明,在0、45和90检偏角下,人造金属涂漆目标对照射偏振激光退偏小于10%;绿色背景对照射偏振激光退偏度约50%;沙土地面退偏度约30%,人造金属涂漆目标相对于自然背景随检偏角增大图像对比度也越大。