调制偏振光及空间正交方位信息传递系统物理模型

受到调制的偏振光可作为方位信息的载体在空间传递，从而实现方位角度信息的传递和精密测量，这是偏振光的一个新的应用领域，在航空航天、地质测量、生物医药、军事等领域具有广泛的应用前景．文章首先介绍了调制偏振光的物理意义和空间正交方位信息传递系统的应用领域，然后介绍了利用调制偏振光进行空间正交方位信息传递系统的物理模型，并分析了一个具体实现方案．     

Wollaston式多光束分束棱镜的设计研究

基于方解石晶体的光学特性和传统Wollaston棱镜的结构特点,设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜。棱镜的两块晶体的光轴不再是垂直的,而是呈现一定的角度。通过结合玻璃棱镜,可以实现三束或四束光束平行光束的出射。以晶体光轴夹角为45°角为例,对该棱镜进行了讨论研究。研究得出:当一束自然单色光入射时,当入射光束的光斑大小大于两平行光束之间的距离时,可以实现两束相互垂直的偏振光和一束自然光出射,当光斑大小小于棱镜中两平行光束之间的距离时,能够产生四束分开程度可调并且平行出射的偏振光。该棱镜能为不同的应用环境提供可调节的偏振出射光束,从而节约成本。     

强度调制偏振光谱仪傅里叶变换解调原理研究

针对强度调制新型偏振光谱仪,研究了基于傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调的可行性.结合强度调制偏振光谱仪实现偏振光谱信息调制的机理,给出了采用傅里叶变换法实现偏振光谱信息解调过程的完整数学推导,并对解调过程进行了计算机仿真模拟.模拟结果表明:基于傅里叶变换的解调方法可以高保真获取待测光辐射的偏振光谱信息,将该方法应用于强度调制偏振光谱仪偏振光谱信息的解调是可行的.     

空间正交方位信息传递系统的光学设计和分析

在工程技术的许多领域中,都要求精确传递一个与传递方向垂直的基准方位,或测定两个与同一轴线正交的基准方位之间的夹角,这类系统我们称之为“空间正交方位信息传递系统”。例如,要求地面上相隔一定距离的望远镜对于同一星体或航天目标作同步的追踪;测定位于同一铅垂线上两台经纬仪水平方位的夹角等.偏振旋光仪一类光学仪器,究其实质,也是测定两个基准方位的夹角.实现方位信息传递的方案有多种,其中光学传感器具有精度高、抗干扰能力强、传递距离大等优点,特别是在发射和接收部分之间不可逾越时更具有独特的优越性,本文比较详细地讨论使用扩…     

Wollaston棱镜阵列干涉光谱仪的研制及其光通量的分析

利用空间调制干涉光谱技术研制了基于双层Wollaston棱镜组的干涉仪原理样机,用该样机进行了干涉光谱实验,采集了He-Ne激光器干涉图像,通过对图像进行数据处理,获得了光源的归一化光谱图。并对样机系统做了光通量分析。它与传统的使用单个Wollaston棱镜测量光谱的方法相比,光谱分辨率和光通量可以提高一倍以上。     

基于磁光调制偏振光的空间方位失调角高精度测量新方法

调制偏振光可以作为方位信息的载体,实现方位角度信息的传递,在军事、航天和生物医药等领域有广泛的应用前景.阐述了基于磁光调制偏振光的方位失调角测量原理,分析了现有测量原理中的误差来源.为了从理论方法上提高测量精度,提出了直接计算的方法,将磁光调制后的光强信号直接进行取极值点处理,建立了失调角与极值点之间的方程,详细分析了...     

一种新型静态成像光谱系统的研究

静态干涉系统具有稳定性好、抗干扰能力强的优势,但其缺点是光谱分辨率低并且光谱测试范围不易调整。针对静态干涉型成像光谱系统光谱分辨率低且不可调等问题,设计了一种新型静态成像光谱系统。系统由光束整形模块、新型静态干涉调制模块以及成像模块构成。光束整形模块将入射光缩束并整形为平行光,进而保证入射干涉具后可以获得较好的干涉效果;新型静态干涉调制模块对入射光进行相干处理。在双折射干涉结构的基础上进行了改进,在不改变原有静态干涉具尺寸的基础上提高了系统的光谱分辨率,并实现了光谱分辨率的静态调制;成像模块完成对目标区域二维可见光图像的采集。系统核心部件由两组光轴相互正交的Wollaston棱镜作为分光器件,在两棱镜间放置电光调制模块,实现光程的静态扫描。分析了新型静态成像光谱系统的工作原理,给出了入射角、折射角等主要参数的函数表达式,并构建了系统的数据模型。通过绘制系统光线追迹图的方式,得到了该系统横向剪切量的函数方程,并对影响横向剪切量的各个参数进行了分析与讨论。通过仿真计算了改变结构角、晶体厚度以及调制度等参数对横向剪切量的影响程度,并定量计算了两个参数对系统光谱分辨率的影响程度。由仿真分析结果可知,增大结构角与加宽调制晶体厚度都可以为系统提供更大的光程差。故通过电光调制的方式实现横向剪切量的静态扫描是可行的,可以实现静态光谱图像的获取。在实验中对660 nm激光进行了测试。新型静态干涉模块采用孔径20 mm×20 mm,厚度10 mm的两块光轴相反的Wollaston棱镜与厚度10 mm的电光调制晶体构成。当调制度分别是0.000 2和0.000 6时,成像模块采集得到干涉条纹具有明显差异。当调制度增大时,其干涉条纹密度增大,说明采用越大的调制度,系统对应的光谱静态扫描能力越强,对光谱分辨率的控制越好。由此可见,本静态成像光谱系统在控制电光晶体调制度的条件下具有光谱分辨率可调的特性,验证了系统的可行性。     

差分偏振干涉成像光谱仪Ⅰ.概念原理与操作

本文介绍了一种基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的静态、紧凑型、高通量差分偏振干涉成像光谱技术.其显著特点是无运动部件,可同时获取目标正交偏振组分的干涉图和二维空间图像.干涉图经傅里叶变换和图像融合算法可得到正交偏振组分的偏振光谱图像,正交偏振光谱图像之和等效于传统强度光谱图像,正交偏振光谱图像之差称为差分偏振光谱图像.高对比度的差分偏振光谱不仅能刻画目标详细的表面形貌、纹理和结构信息,还可反演弹性散射粒子的尺度、浓度和折射率等信息.文中描述了差分偏振干涉成像光谱仪的原理结构,给出了干涉强度分布规律表达式,分析了完整干涉图和二维空间图像的数据获取模式.利用杨氏干涉模型对光通过Savart偏光镜后形成干涉直条纹的近轴关系进行了深入分析.利用光场衍射理论确定了光谱仪中准直透镜和成像透镜实现紧凑化的结构关系.计算机仿真模拟验证了方案的可行性.为偏振成像光谱仪的发展提供了一种新思路.     

用于干涉光谱仪中的新型Wollaston 棱镜系统

提出了一种用于干涉光谱仪中的新型Wollaston棱镜系统———带反射镜的Wollaston棱镜系统。对其结构及光束在其中的传播特性进行了深入分析,并对两束光的光程差进行了计算机模拟。结果表明光程差与入射点位置的关系具有极好的线性,并且所得光程差的动态范围为同类装置的二倍。研究结果为偏振型空间调制干涉光谱仪的设计和应用提供了理论依据。     

利用原始光强信号实现空间方位失调角高精度传递新方法

现有基于正弦波磁光调制偏振光的方位失调角传递方法存在精度不高的问题,提出了一种利用原始光强信号中极值点信息实现方位失调角高精度传递的新方法。建立了基于任意位置光强信号求解初始光强的模型,推导了大角度范围内粗略失调角的计算公式并给出了实现方案,提出了在小角度范围内比现有方法近似精度更高的获取失调角信息的方法。仿真结果以及误差分析表明：利用该方法得出的方位失调角传递误差远远小于现有方法,为实现空间方位失调角高精度传递提供了一种参考。     

一种多棱镜组合设计优化图像干涉性能的新方法

为了在不影响干涉条纹成像质量的基础上通过增大双折射棱镜结构角的方法获得更细致的光谱成分,优化设计了双折射棱镜的结构.通过计算分束角与结构角之间的函数关系,分析得知在传统双折射棱镜后附加一个与第二个楔形同性质的等腰三角形棱镜,使出射棱镜的o光和e光平行于光轴,即分束角α为0°,从而干涉条纹的成像不再受分束角的变化所影响....     

基于Wollaston棱镜的图像复分快照式成像光谱仪设计

设计一种以Wollaston棱镜为分光元件的图像复分快照式成像光谱系统,主要包括前置望远物镜、准直镜、Wollaston棱镜组、成像镜和补偿滤光片。此类光学系统可以一次曝光获取同一目标景物在不同波长下的二维信息。光束经过Wollaston棱镜组分光,为了使不同波长对应景物不至于重叠,要求分束角度比较大,这样进入成像镜的光线入射角度相对较大,无疑增加了成像镜的设计难度。分析了基于Wollaston棱镜的图像复分快照式成像光谱仪的原理及特点,设计了一套完整的成像光谱系统。全系统结构复杂,光学系统的光阑必须匹配好。为了使得不仅单个镜头成像质量良好,而且镜组之间能够良好的衔接,将前置望远物镜设计为像方远心结构,准直镜设计为物方远心结构。全系统采用多重结构,使得16个谱段在56线对处的MTF值均接近衍射极限,点列图中RMS值基本都在艾里斑以内,系统成像质量良好。     

A displacement measurement system, utilizing a Wollaston interferometer

A dual interferometric displacement measurement system is presented where a Wollaston prism interferometer is employed in conjunction with a normal Michelson interferometer. The system operates without the use of external polarizers, apart from those associated with the Wollaston prism interferometer itself. It is shown that an optical path difference induced in the Michelson interferometer can be detected using the Wollaston prism in a normal interferometer arrangement. Further, the interference pattern produced by the Wollaston prism interferometer changes in a measurable, linear fashion as the optical path difference from the Michelson interferometer alters. A simple theoretical analysis of the system is presented and used to derive a computer model of the optical arrangement. Results from an experimental implementation of the system, using a Wollaston prism with a beam separation of 0.5 degrees and a superluminescent diode, of wavelength 825 nm, as a light source, are included and compared to the results from the computer model.     

偏光棱镜性能参量的求解新法

建立了一个共点三轴系统,给出了相应的角参量关系公式,并利用其得到了任意空间角度入射时可调分束角棱镜的分束角公式,证明了此方法在解决与棱镜结构有关的问题时简单有效.     

Beugungstheoretische Behandlung eines Differentialinterferometers für ausgedehnte Phasenobjekte

The diffraction theory of image construction has been used, in the case of a differential interferometer employing a Wollaston prism, to derive the position of the interference fringes in dependence upon the phase object and the prism position. This procedure is not only more correct, but proves also to be simpler than the corresponding geometric-optical treatment. An example is presented in which the fringe shift resulting from a symmetrical gas flow has been used to evaluate the gradient of the optical path perpendicular to the rotational axis of symmetry.

     

剪切电子散斑平移棱镜相移方法研究

在剪切电子散斑干涉中,由于错位的二物光束同向传播,很难将二物光分开引入附加相位的方法来实现相移.平移棱镜相移法可以在二束物光不分开的情况下实现相移.本文对平移棱镜相移法进行了理论分析,证明平移棱镜可以引入稳定、线性的附加相位,给出了附加位移与附加相位之间的关系式.利用周边固定、中心加载的圆盘进行实验,给出了实验结果,证明平移棱镜相移法可以有效地从干涉条纹中定量提取位移导数信息.     

Temperature Influence on Divergence Angles of Quartz Crystal Wollaston Prism

We propose a structural angle and main refractive indices as two key factors to understand the temperature influence on the divergence angles of the Wollaston prism. The temperature influence on the divergence angles of quartz crystal Wollaston prism is studied theoretically. The results show that divergence angles decrease with increasing temperature, while the divergence angle of e-light decrease more quickly than that of o-light. The testing system is established to verify the above results, and the experimental results are in agreement well with the theoretical analysis.     

偏光分束镜分束角的不对称性研究

文中给出了渥拉斯顿棱镜分束角的不对称性,并对通过调整胶合介质层来消除可调分束角棱镜的不对称性进行了分析。