新型偏振风成像干涉仪中偏振化方向对调制度和干涉强度的影响研究

简要论述了新型偏振风成像干涉仪的原理;分析了偏振风成像干涉仪的各光学部件的偏振化方向对调制度和干涉强度的影响;给出了起偏器的偏振化方向、干涉仪两臂λ/4波片及出射位置处λ/4波片的光轴取向偏离理想方向时干涉仪调制度和干涉强度的理论表达式;采用计算机模拟分别给出了调制度随各偏角变化的曲面图及风速、温度反演误差随各偏角变化的曲线图;给出了温度精度为5K、风速精度为20m/s时偏振化方向的误差容限.该研究对新型偏振风成像干涉仪的研究、研制提供了一定的理论依据和实践指导,对高层大气光学被动探测以及空间探测、对地观测都具有科学意义和应用前景.     

基于偏振阵列的偏振迈克耳孙风场探测干涉仪系统的理论研究

基于偏振阵列的偏振迈克耳孙风场探测干涉仪是一种新型的探测大气温度和风场速度的干涉仪.基于偏振干涉的原理,四个偏振方向分别相差45°的偏振片组成的偏振阵列紧贴于探测器前,由四面角锥棱镜出射的四束线偏振光分别经四个不同偏振方向的偏振片后,四个不同强度干涉图同时成像于探测器上,经过数据提取获得四个干涉强度值,进一步反演出大气温度和风场速度值.对以上干涉成像过程进行了模拟仿真,得到干涉图,经风速反演得到了与实际值一致的结果.具有结构简单稳定,测试精度高,利于快速变化的目标测试的优点.     

新型静态偏振风成像干涉仪理论探测误差的分析与计算

简述了新型静态偏振风成像干涉仪的原理,推导出一般情况下系统的Jones矩阵.在此基础上计算了系统中各偏振器件重要参数在非理想情况下对风速和温度探测结果的影响.利用计算机模拟对探测误差进行了分析,并按照系统精度要求从理论上提出了各重要参数的误差容限.该研究为新型静态偏振风成像干涉仪的研制、定标及后期数据处理提供了理论依据. 关键词： 静态偏振风成像干涉仪 Jones矩阵 方位角误差 相位延迟量误差     

大气风场探测萨尼亚克干涉仪光程差的计算及探测模式研究

提出了基于时空混合调制的大气风场探测模式;应用光线追迹方法推导了一种改型萨尼亚克干涉仪在任意角入射时的光程差;从理论上对该干涉仪的参量作了分析计算;通过对同种、异种材料组合的理论分析,得出了异种材料组合的改型萨尼亚克干涉仪更加适合高层大气风场探测。该干涉仪具有稳态、大视场、大光程差、时空混合调制探测模式等显著特点。该研究发展了高层大气风场的被动探测理论,对风场探测技术研究、探测模式和工程化都具有十分重大的理论及实践意义。     

偏振成像探测技术发展现状及关键技术

考虑偏振成像探测技术在目标探测中具有独特优势,本文介绍了偏振成像探测技术的概念,概括了国外偏振成像探测技术的研究历程和发展现状。基于上述描述,针对偏振成像探测的关键技术进行了深入的讨论,包括目标偏振特性、信道环境下的偏振传输特性和偏振成像目标全偏振图像的获取等。最后总结了该研究领域存在的主要问题,归纳了偏振成像探测技术的发展趋势。     

高层大气被动探测技术

简要介绍了高层大气被动探测技术的研究历史、现状和发展趋势.论述了高层大气被动探测技术的基本原理和方法,给出了高层大气被动探测的辐射源和气辉谱线、四强度探测法和临边探测模式.重点介绍了自行设计研制的风成像干涉仪的宽场、消色差、温度补偿理论以及工程设计和研制.采用风成像干涉仪进行了模拟高层大气探测实验,给出了高层大气风场、...     

静态偏振风成像干涉仪中光在四面角锥棱镜中的传播规律研究

简述了自行设计的新型静态偏振风成像干涉仪的原理和四面角锥棱镜的分光机理;应用光线追迹法,推导出了主截面内任意光线在棱镜中的传播方向及出射点坐标,建立了平行光束经角锥棱镜后的偏向角和透过率的理论表达式;采用计算机模拟给出了偏向角和透过率随入射角的变化关系曲线;根据静态偏振风成像干涉仪的具体参数确定了四面角锥棱镜的侧面和底面夹角以及底边长度.该研究为静态偏振风成像干涉仪的研制提供了理论依据.     

新型风成像干涉仪温度补偿理论研究

简述了高层大气风场被动式遥感探测的基本原理;论述了新型风成像干涉仪宽场、消色差、温度补偿理论,针对目前国际上采用的风成像干涉仪补偿方法的不足,从理论上进行了分析与讨论,给出了四层介质的优化补偿理论和方案.模拟结果表明,该补偿可完全理想地消去单色光的温差,且复色光的温差补偿要比现有的方法提高1—2个量级.该研究为设计宽场、消色差、温度补偿的新型风成像干涉仪和提高风场探测精度提供了重要的理论依据和实践指导.     

静态偏振风成像干涉仪光传输特性和光通量改善

静态偏振风成像干涉仪利用偏振光束来获得干涉图, 光束在偏振元件中的传输特性成为分析研究的关键. Jones矩阵用于分析系统的光学传输特性和偏振态变化过程, 形式简洁,计算方便,容易得出光学元件对系统性能的影响.本文用Jones矩阵对静态偏振风成像干涉仪系统进行了描述, 推导出了适用于普遍情况的系统矩阵表达式,计算出核心偏振元件的偏振化方向和波片方位角对应于系统光通量和干涉调制度的关系,确定了系统中各偏振元件的最佳偏振化方向和波片的最佳方位角; 并通过视场展宽技术和提高四面角锥棱镜的透光率对光通量加以改善,利用光线追迹软件仿真, 对视场展宽前后的干涉强度作了对比,达到预期的效果.为静态偏振干涉成像光谱仪的设计、 研制和工程化提供重要理论和实践指导.     

地基气辉成像干涉仪探测高层大气风场的定标研究

我们研制的地基气辉成像干涉仪(ground based airglow imaging interferometer,GBAⅡ)样机成功地探测了地球上空90—100 km的大气风速和温度.为了提高GBAⅡ的探测精度,本文研究GBAⅡ所拍摄的成像干涉条纹的定标:对干涉条纹中心位置定标、电荷耦合器(CCD)暗噪声和平场定标、整个光学系统衰减系数定标、步进步长定标、光程差随入射角变化量定标、仪器响应度定标和零风速相位定标等理论和实验进行了研究.利用最小二乘法对GBAⅡ拍摄的30幅成像干涉图的圆心坐标定标在CCD(123.3,121.1)像素位置;利用632.8 nm激光获得GBAⅡ所用CCD的平场定标系数矩阵,分别得到平场前后的干涉图并检测出CCD的噪声和坏点;利用GBAⅡ获得图像的边缘亮环相位与中心亮斑相位的差值对入射角10.24°时,光程差相对0°入射角时变化了0.356个条纹;拍摄200幅成像干涉图的实验离散点进行正弦拟合后的均方根标准偏差达90.34%,该完整干涉条纹的步进间隔为4.06 nm,对应步进相位为0.0094π;针对正演公式中GBAⅡ的系统衰减系数对所拍摄的原始干涉图利用IDL编程得到光学系统衰减系数的多项式,拟合的均方根标准偏差达99.98%;采用632.8 nm激光作光源,简化了GBAⅡ的响应度表达式,通过实验得其响应度为4.97×10~(-3)counts·(Rayleigh·s)~(-1);针对GBAⅡ室外观测,给出零风速定标的矩阵表达式后,对532.0 nm和632.8 nm激光的对应零风速相位分别为-9.2442°和-68.6353°.本文提供了多种定标方法,并逐一通过实验进行验证,为国内被动遥感探测高层大气风场提供了强有力的实验支持.     

计算机模拟光源的非单色性对迈克尔孙干涉条纹可见度的影响

通过开发的“迈克尔孙模拟实验平台”中的数值模拟和实验现象模拟，讨论分析了光源的非单色性对迈克尔孙干涉条纹可见度的影响，用直观的计算机图形将抽象的光的时间相干性理论形象化，从而弥补了光学实验教学中的理论欠缺和理论教学与实验相脱节的不足．     

扫描式法布里-珀罗干涉仪测量高空大气风速

为测量中低纬度地区250km高空大气风速，采用扫描式法布里 珀罗干涉仪记录250km高度附近的OI630nm气辉辐射谱线的干涉图像。通过对观测图像分析处理，用高斯函数匹配干涉条纹强度分布以确定干涉条纹强度中心的精确位置，进而求出谱线的多普勒频移，反演出经向和纬向风速。经过理论推导，求出F P腔间距的漂移量对风速的影响，对反演风速进行修正。由风速随时间变化曲线得到在观测期间，经向风朝南，大小在4～67m/s间变化；纬向风朝东，大小在20～100m/s间变化，最小风速误差约为6m/s。     

部分相干电磁光束在湍流介质中传输的偏振变化

从推广的惠更斯-菲涅尔原理出发,推导出了部分相干电磁光束的偏振态在湍流介质中传输的表达式。并以电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束为例,研究了湍流对电磁高斯-谢尔模型光束偏振态的影响。研究结果表明,对于轴上点,湍流介质的折射率结构常数越大,偏振度趋于最大值的速度越快,达到的最大值越小;光斑越大,偏振度达到最大值的位置离光源越远,在光斑增大的过程中,偏振度所达到的极大值会先增大后减小,最后保持与光源相同的偏振度不变。对于轴外点,一个固定的z,光的偏振度随着离轴距离的增大而逐渐下降,并最终等于零。折射率结构常数越大,偏振度随离轴距离的增大而下降得越缓慢;光斑越大,偏振度随离轴距离的增大下降得越快。     

A novel polarization interferometer for measuring upper atmospheric winds

A static polarization interferometer for measuring upper atmospheric winds is presented, based on two Savart plates with their optical axes perpendicular to each other. The principle and characteristics of the interferometer are described. The interferometer with a wide field of view can offer a stable benchmark optical path difference over a specified spectral region of 0.55--0.63~\mu m because there are no quarter wave plates. Since the instrument employs a straight line common-path configuration but without moving parts and slits, it is very compact, simple, inherently robust and has high throughput. The paper is limited to a theoretical analysis.     

迈克尔逊干涉仪实验中最佳间隔条纹个数的探讨

用迈克尔逊干涉仪可以测量激光的波长,读取的干涉条纹个数较多时容易引起学生视力的疲劳。因此,本文测量了多组不同的间隔条纹个数时氦氖激光的波长,进而确定它们与波长理论值之间的误差大小,通过比较不同间隔条纹个数时百分差和相对不确定度的大小,最终确定最佳的间隔条纹个数。     

迈克尔逊干涉仪干涉环纹光电计数器的研制

利用干涉环纹明暗交替变化的原理,设计制作了可以用于迈克尔逊干涉仪的干涉环纹计数的光电计数器,利用此仪器可以精确高效地实现干涉环纹的计数,减少了由于人眼进行干涉环纹计数的误差,提高了实验稳定度和精度。我们将制作的干涉环纹光电计数器用于基于迈克尔逊干涉仪的激光波长实验,结果表明采用光电计数器之后,实验精度比裸眼探测明显提高,百分差缩小37.5倍,标准差缩小近3倍。     

偏振模色散模拟器的特性

通过对微分群时延差(DGD)统计特性和偏振模色散(PMD)矢量自相关函数的数值模拟，分析比较了目前常用的三种PMD模拟器的性能. 结果表明：在DGD分布方面，由DGD发生器构成的模拟器，一个DGD发生器就可与实际光纤PMD的统计特性相符合，而由保偏光纤和可旋转的连接器构成的模拟器则至少需要15段. 在自相关函数方面，基于保偏光纤的模拟器取决于各段光纤的延时量，而基于DGD发生器的模拟器在中心频带外的自相关值很平稳，可视为常数. 关键词： 光纤通信 偏振模色散 偏振模色散模拟器 自相关函数     

Quantum polarization fluctuations of partially coherent dark hollow beams in non-Kolmogorov turbulence atmosphere

Non-classical polarization properties of dark hollow beams propagating through non-Kolmogorov turbulence are studied. The analytic equation for the polarization degree of the quantization partially coherent dark hollow beams is obtained.It is found that the polarization fluctuations of the quantization partially coherent dark hollow beams are dependent on the turbulence factors and beam parameters with the detection photon numbers. Furthermore, an investigation of the changes in the on-axis propagation point and off-axis propagation point shows that the polarization degree of the quantization partially coherent dark hollow beams presents oscillation for a short propagation distance and gradually returns to zero for a sufficiently long distance.     

Fizeau型偏振移相干涉仪的实验研究

研究了一种Fizeau型偏振移相干涉仪。以中心波长为650nm的多纵模半导体激光器作为光源,利用光源的短相干特性和一套偏振延迟装置分出一对偏振方向正交的参考光和测试光,采用巴比涅-索列尔补偿器作为偏振移相器。测试了一块平行平板的前表面面形,面形PV值为0.0682λ,RMS值为0.0127λ。该方法的优点是移相精度高,移相时无须推动参考镜,适用于大口径光学系统的干涉测试,可消除多表面干涉杂散条纹的影响。