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.     

强度调制偏振光谱仪解调系数参考光测量方法

针对由理论计算得到的解调系数无法实现强度调制偏振光谱仪实验系统(以下简称"实验系统")测量数据解调处理的问题,提出了测量参考光获取实验系统解调系数的解决方法。该方法通过测量已知偏振态参考光经过实验系统调制器后输出的强度谱,结合傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换等数字信号处理过程,可从测量结果中分离出实验系统的真实解调系数。分析了该方法的理论依据,给出了实验系统解调系数的实测结果,并利用得到的解调系数,对实验系统测量典型待测光源(近似自然光和完全线偏振光)的测量数据进行了解调处理。解调处理结果显示:在有效测量波段范围内(550～650nm),以卤钨灯为光源的平行光管直接输出光的偏振度值约为10%;经过线偏振器起偏后,其偏振度值接近100%,与实际分析结果完全相符。验证了强度调制系统解调系数参考光测量方法的可行性。     

可见光波段可调偏振度光源设计与实验

当自然光以一定的角度通过玻璃片堆时,其岀射光是线偏振度一定的部分偏振光。利用该原理研制了一台可见光波段线偏振度可调节的偏振光源。分别测量了玻璃片堆在0°、15°、30°、45°和60°倾角时偏振光源输出光在可见光波段的线偏振度谱,并将测量结果与理论输出结果进行了比对。结果表明,有效测量结果与理论输出结果之间最大误差不超过0.8%。实现了可调偏振度光源的预期设计目标。     

基于光谱调制的线偏振测量技术研究及精度验证

基于光谱调制的线偏振测量技术通过光谱调制模块可将入射光的偏振信息调制到光谱维。光谱调制模块由消色差1/4波片、多级波片和偏振分束器组成,能够在单次测量中获取目标的线偏振及光谱信息。将调制模块和光栅光谱仪相结合,设计了双通道偏振测量系统。推导了系统偏振测量模型,分析了光谱仪光谱展宽对调制光谱的影响,并采用分周期最小二乘曲线拟合方法实现了对偏振信息的解调。此外,搭建了测试装置来验证测量系统的性能。首先,利用完全线偏光对多级波片的延迟量和系统的偏振效率进行了标定。然后,利用可调偏振度光源验证了系统的偏振测量精度。实验结果表明,可调偏振度光源输出的理论线偏振度值与测量值间的最大绝对偏差为1.11%,线偏振方位角的最大偏差为0.7°,即所提系统具有较高的偏振测量精度。     

大动态范围可调线性偏振度参考光源检测与不确定度分析EI北大核心CSCD

介绍了一种新型高精度大动态范围可调线性偏振度参考光源（VPOLS-II）,在0.46～2μm波段内线性偏振度调节范围达到0～0.72。VPOLS-II采用四片平板玻璃起偏的工作原理,辐射光源经过积分球和扩束器准直系统形成具有较高均匀性和平行度的入射光,再经过偏振态调节器输出不同线性偏振度的偏振光。将光谱偏振分析仪实验测量结果与理论计算值进行了比对,分析了VPOLS-II输出线性偏振度不确定度的影响因素。结果表明,线性偏振度范围0～0.72内,VPOLS-II的线性偏振度与理论预测值的差异小于6×10^-3。在线性偏振度范围0.01～0.09和0.09～0.72内,线性偏振度的不确定度分别为8.8%～0.936%和0.936%～0.184%。这种新型参考光源可用于偏振光学遥感器的实验室偏振定标和系统级性能检测。     

偏振光谱的土壤湿度遥感方法实验研究

偏振探测作为一种新型遥感技术,是对传统光谱遥感探测的有益补充,为目标遥感探测提供更丰富的信息。用地物偏振光谱仪实验测量,分析土壤湿度与偏振光谱的相关性,同时研究不同观测角下的土壤表面反射光偏振光谱特性。结果表明：在土壤湿度较高的情况下,偏振光谱与土壤湿度具有一定的相关性,尤其在500～700 nm波段,湿度与偏振度呈正比关系;低湿度的情况下,偏振光谱与土壤湿度相关性不明显;此外,不同观测角对偏振光谱也有影响,如入射角固定为50°,观测角在20°～60°区间测量时,偏振度随观测角增大而增大,且观测角愈大,偏振度随湿度的变化愈显著。     

光源的偏振态对动态光散射颗粒测量结果的影响

研究了在动态光散射纳米颗粒测量中,光源的偏振态对测量结果的影响。采用了粒径为100nm、体积浓度为0.5%的标准颗粒作为样品,使He-Ne激光通过起偏器得到0°～180°方向的偏振光,测量了散射光强、偏振度和粒径测量值的变化,计算了相应的粒径均值偏差和标准差,并将这一结果与无偏振He-Ne激光入射进行了比较。结果表明,当入射光为线偏振光时,偏振方向垂直于散射面时测量效果最好;另一方面,由于颗粒系散射迭加造成的散射光偏振度降低,使线偏振光源与无偏振光源产生的散射光偏振度无明显差别,证明在测量中可以使用无偏振He-Ne激光代替。     

敦煌辐射校正场反射辐射偏振特性研究

卫星遥感器辐射校正场的地表反射辐射测量(例如地表反射率、地表辐亮度等)对卫星遥感器的在轨定标至关重要。由于地物光谱仪自身具有一定的偏振敏感性, 场地反射辐射的偏振特性将会引入偏振测量误差。采用基于偏振成像仪和塔吊的非定点测量方式以及基于偏振光谱仪和BRDF测量架的定点测量方式, 测量了敦煌场490 nm和670 nm波段场地反射辐射的多角度偏振分布和局地偏振均匀性。试验结果表明, 敦煌辐射校正场的反射辐射具有一定的偏振特性。偏振特性和波段有关, 490 nm波段偏振度明显大于670 nm波段。490 nm和670 nm波段的多角度偏振分布关于太阳主平面对称。在太阳主平面内, 前向散射区偏振度大于后向散射区, 并随天顶角变大而变大。两种测量方式获得了一致的偏振特性分布规律。获得了直径100 m区域的场地反射辐射局部均匀性, 均匀性在6%左右。研究场地反射辐射的偏振特性对于场地辐射探测方案的改进以及辐射测量精度的提高具有重要意义。     

基于离轴三反的同时全偏振成像仪的偏振定标方法

同时全偏振成像仪是一种基于大口径离轴三反系统的高空间分辨率偏振遥感器,它采用棱镜分振幅的同时偏振测量方法。由于仪器偏振器件多,特性复杂,导致仪器的测量矩阵偏离理想值。为保证仪器的偏振测量精度,需要进行有效的偏振定标。提出了一种利用标准线偏振光源与圆偏振光源对一种分振幅型同时偏振成像仪进行定标的方法。线偏振定标源定标仪器测量矩阵的前三列,利用最小二乘拟合傅里叶系数获得定标系数;圆偏振定标源定标仪器测量矩阵的第4列,采用将光源旋转90°测量两次求平均的方法消除光源圆偏振态的非理想性。最后通过实验验证了同时全偏振成像仪的偏振测量精度,结果表明:定标后偏振测量精度优于1%(P≤0.3)。     

新型偏振光谱仪调制器的简易装调方法

提出了一种适用于新型偏振光谱仪调制器实验室装调的简易方法。介绍了该方法的理论依据,基于该方法完成了调制器的实验室装调实验。为了验证该方法的有效性,用装调完成的调制器搭建了新型偏振光谱仪实验装置,通过测量得到了由调制器形成的载波信号,并用该载波信号对实验装置的测量数据进行了解调处理。结果表明:在有效测量波段内(525~700nm),以卤钨灯为光源的平行光管直接输出光的偏振度<10%;经过线偏振器起偏后,输出光的偏振度值接近100%。与理论分析的结果一致,验证了该方法的可行性。     

一种分焦平面偏振成像系统光源标定方法北大核心CSCD

水下偏振成像技术是目前水下成像研究的热点,由于自然光在水中衰减大,水下成像系统多采用主动照明方式。针对分焦平面偏振成像系统中偏振照明光源与偏振探测像元偏振方向不匹配引起采集图像偏振信息存在的偏差,进而影响目标图像增强质量的问题,提出了一种分焦平面偏振成像系统光源标定方法。阐述了偏振光源的标定原理,然后给出偏振光源标定的实施步骤,最后采用偏振去雾算法和图像质量评价方法对标定前后的水下目标图像进行了图像增强和图像质量评价。评价结果表明,标定后的增强图像质量优于未标定的增强图像质量,平均梯度最大提升了2.48倍。该标定方法简单有效,实用性强,适用于分焦平面偏振成像系统偏振光源标定。     

连续偏振光谱的稻种发芽率检测方法研究

针对目前传统稻种发芽率检测方法周期长、精度低的问题,提出新颖的基于连续偏振光谱技术实现稻种发芽率快速、无损检测的方法。以不同老化天数稻种为检测目标,10 min为检测时间点,使用起偏器将光纤准直光源调制成线偏振光垂直入射稻种浸出液,而后以5°为间隔旋转检偏器,并通过光纤光谱仪检测透射的光谱,对检测的偏振光谱通过归一化预处理后,根据不同发芽率稻种检测时偏振角及波长的贡献给出特征偏振角和特征波长,特征偏振角为0°,5°和25°,特征波长为576,620和788 nm,将获取的连续偏振光谱以特征偏振角和特征波长处的透射率为输入,构建稻种发芽率检测模型。分别比较运用偏最小二乘法回归(partial least squares regression,PLSR)、BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)、径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)三种建模方法建立稻种发芽率检测模型。分别用老化天数为0,2,4,6 d的稻种,在不同的偏振角共测量1 520组实验数据,其中912组数据作为校正集,608组数据作为预测集,建模结果表明三种模型预测精度较高,其中RBFNN模型预测精度最高,其相关系数r为0.976,均方误差RMSE为0.785,平均相对误差MRE为0.85%。表明利用连续偏振光谱技术通过多维度光谱信息能够有效实现稻种发芽率的快速、准确检测。     

折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究

建立了角锥棱镜的偏振模型,分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响,分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向,该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔,能够使用电光开关调Q,在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验,在重复频率为10 Hz时,输出激光单脉冲能量大于300 mJ,光束质量因子β值在2左右,实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。     

Stabilization of a channeled spectropolarimeter by self-calibration

A novel method to stabilize a channeled spectropolarimeter is described. The fluctuating retardations of the high-order retarders used in the spectropolarimeter are calibrated in parallel to the measurement of the wavenumber-dependent state of polarization (SOP) of light. Both the calibration of the retarders and the measurement of the SOP can be made simultaneously using a single light to be measured, and hence the resultant wavenumber-dependent SOP is almost immune to fluctuation of the retardations. The effectiveness of this method is experimentally demonstrated with retardation fluctuations induced by a temperature change up to 40 degrees C.     

Error analysis and optimal design of polarization calibration unit for solar telescope

Polarization calibration unit(PCU) has become an indispensable element for solar telescopes to remove the instrumental polarization; the polarimetric accuracy of calibration depends strongly on the properties of PCU. In the paper, we analyze the measurement errors induced by PCU based on polarized light theory and find that the imperfections of the waveplate generate the main calibration errors. An optimized calibration method is proposed to avoid the effects from waveplate imperfections, and a numerical simulation is given to evaluate the polarization accuracy by analyzing the relation between calibration error and intensity instability. The work is very important for solar telescopes with high polarization precision up to 10~(-4) I_c.     

部分偏振光经界面反射时的偏振度分析

定量计算了轴外点光源发出的部分偏振光束经界面反射后反射光偏振度与空间坐标及点光源坐标间关系，定量计算了特定参数的入射部分偏振光束经界面反射后的偏振度分布，给出了偏振度变化的数量级。计算表明一定偏振度的入射部分偏振光束经界面反射后，反射光束偏振度由于界面反射在反射光束截面上将产生一定分布。偏振度的变化不仅与光线入射角有关，还与点光源位置有关     

正交偏振光谱微循环成像方法及装置

鉴于微循环图像成像质量的提高是微循环检测仪器实用化的关键，提出一种新的微循环检测方法及装置。利用基于该原理的正交偏振光谱成像仪器进行了实验，得到对比度清晰的甲襞微循环图像。用线性偏振光聚焦照射被测生物组织时，从组织表面反射回来的光保持了其偏振态，被放置在CCD前的偏振方向垂直的检偏器屏蔽掉；从组织内部返回的光发生复散射后退偏，通过检偏器成像。选择光源波长，使其落在红血球的吸收谱范围内，即可得到清晰的生物活体浅表面微循环图像。     

基于正交调制的偏振光谱成像系统研究

为了同时获取目标的全偏振二维图像信息和其光谱信息,设计了一种基于正交调制的偏振光谱成像系统。该系统由光学接收模块、相位调制器、Wollaston棱镜、Savart偏光镜、检偏器以及成像模块组成。其可以将原始光信号分解成两束相互正交的偏振光,并且分别成像在CCD焦平面的上下两部分上,从而构成两幅偏振图像。两组图像的叠加可以将干涉条纹的数据相互抵消,从而获得目标的纯图像信息,两组图像的相减可以将目标灰度图像相互抵消,从而获得目标的纯干涉条纹。通过理论分析与计算得到了光强分布函数和光谱变化形式。实验在稳定的光源环境中采用高对比度目标与背景板,完成了全偏振图像的实时采集。经相位校正和切趾处理改善了干涉图像的畸变,又通过去低频滤波和阈值滤波抑制了图像中背景噪声的影响,从而实现了对目标图像的提取及偏振光谱的复原。该系统具有稳定性高、光谱分辨率可调、信噪比高、可识别能力强等特点,对在复杂背景中提取目标图像、光谱及偏振态信息具有重要意义。