反射光偏振特性分析与物体形状的测量

基于反射光偏振特性,提出了利用图像处理技术测量透明物体三维形状的理论和方法.分析了物体表面反射光的偏振特性,表明自然光在经透明物体表面反射后,反射率随光的振动方向不同而不同,即反射光表现出部分偏振光的特性.研究了强度反射率与入射角以及光强与偏振片方向之间的函数关系,得到了光强大小与入射面方向的关系;根据偏振度概念并结合菲涅耳公式和折射定律,建立了偏振度和入射角之间的表达式,可求得物体表面法线方向,进而得到透明物体的形状.研制了光学实验平台,获得了物体反射光的偏振图像,经过图像处理,获得了被测物体的三维形状.实验结果表明,这种方法对透明物体形状测量是有效和实用的.     

入射光的偏振特性对反射式近场光学显微镜成像结果的影响

用偶极子-自洽场理论模拟计算了反射式近场光学扫描显微镜中入射光的偏振特性对近场成像结果的影响(包括系统分辨率和相关的成像特性)，并给予了相应的分析和解释。分析计算结果表明，入射光偏振性的选择将影响近场光学显微镜的成像质量。在近场区域，用垂直于样品表面偏振的入射光(即x方向偏振)照明成像将得到优于相应水平偏振(即x方向偏振)的入射光照明的系统分辨率。用x方向偏振的入射光照明时，所得光学图像会发生局部的光强对比度反转。     

激光照明下黑硅表面的散射偏振特性研究

为了研究人工微结构材料表面的偏振特性,利用波长为532nm的激光器、精密旋转台和弱光照度计,自行搭建表面散射特性的测量系统。以黑硅为被测样品,测量样品不同姿态时对散射光偏振特性的影响,并对比分析随入射光入射角、样品方位角及俯仰角对散射光偏振分布的影响。实验结果表明,散射光的偏振度与表面微结构的周期性,以及入射角度有关。本文的研究对散射光的偏振特征应用在探测的分析领域上提供一定的实验基础。     

利用表面散射光偏振差异的目标识别技术

 分析了不同物体散射场偏振特性的差异,依据消光定理的矢量微扰解方法将物体散射场分为零阶和高阶解,零阶反射光可完全保持入射光的偏振度,高阶散射则会导致偏振度的降低,因而总散射光的偏振度依赖于散射表面的粗糙程度。提出了利用斯托克斯-穆勒体系测量物体消偏特性的方法并通过实验对一些物体作了测量,实验结果表明：光滑表面可以较好地保留入射光偏振度,而粗糙表面则有很强的消偏作用,因此偏振成像方法可有效地提高目标探测和识别效率。     

粗糙目标表面红外偏振特性研究

红外偏振成像可突显目标、识别真伪,准确掌握目标红外辐射偏振特性可有效提高目标的探测识别概率。针对现有目标红外辐射偏振特性模型未考虑粗糙表面导致的遮蔽效应的问题,本文基于微面元双向反射分布函数模型,利用穆勒矩阵构建出含有遮蔽函数的粗糙表面红外辐射偏振度的斯托克斯解析模型。针对光线表面粗糙度和入射角对金属和非金属目标红外辐射偏振度的影响进行定量分析。分析结果表明:无论是金属还是非金属,其红外自发辐射偏振度都随粗糙度的增大而减小,非金属自发辐射偏振度下降的幅度大于金属偏振度;当粗糙度及温度相同时,金属的红外辐射偏振度始终大于非金属;红外辐射偏振度先随入射角的增加而增加,而后在特定入射角下达到峰值,超过一定入射角后,偏振度大幅下降,金属和非金属的红外辐射偏振度间的差异在一定入射角度范围内将达到最大,这有助于区分金属与非金属。最后,利用长波红外微偏振成像系统和近红外偏振成像系统进行不同场景目标的图像采集,获取目标的红外辐射偏振特性,实验结果与理论分析结果基本吻合。本文对研究目标偏振特性、优化设计红外偏振系统以及后续偏振图像处理均具有重要意义。     

偏振遥感在伪装目标识别上的应用及对抗措施

 为了研究偏振遥感对伪装目标的识别特点,分别对不同颜色的伪装网进行了偏振参数测量和成像实验。通过数据分析发现,伪装网的散射偏振度受观测条件和材料自身特性（如反射率、折射率和表面粗糙度）影响很大;伪装涂层对入射光的散射作用可以分为面散射和体散射,其中面散射具有起偏振作用而体散射具有消偏振作用;与自然背景相比,伪装目标的偏振特征非常显著,利用偏振遥感可以有效地识别出常规侦察手段所不能发现的伪装目标。通过偏振遥感的侦察原理和特点分析,提出了可以利用表面结构设计和烟雾等方法对抗偏振遥感的侦察。     

法拉第效应非互易性验证实验中的菲涅耳效应

通过改变入射光的偏振特性和入射角度研究了菲涅耳效应对法拉第效应非互易性观测的影响.实验结果表明:含普通半透半反镜的光路中菲涅耳效应给偏振方向的准确观察带来误差,误差大小由反射界面折射率、入射角以及入射光偏振方向共同决定,结合实验结果,提出了非互易性验证实验的改进方案.     

共路外差法分析牛顿望远镜偏振特性

应用共路外差干涉法分析了牛顿望远镜的偏振特性。根据菲涅耳定律求出了入射光s-偏光和p-偏光入射到望远镜各点的反射率公式。给出了共路外差干涉法测量牛顿望远镜偏振特性的实验装置原理图。采用632.8nm的外差光源,分析了牛顿望远镜对s-偏光和p-偏光反射系数、相位差以及对入射光偏振度的影响,根据入射角度的不同绘制了相应的变化曲线。结果表明：镀有铝膜的牛顿望远镜对入射光偏振特性影响较小,s-偏光和p-偏光反射系数相差不到0.01,偏振度变化不超过0.07,适用于激光遥感偏振成像的接收系统。     

目标表面发射率对红外辐射偏振特性的影响分析

偏振探测不仅可以获得目标的光谱、强度、偏振态以及空间几何形状等参数,还可以获得更丰富的目标信息,有利于改善对目标的探测和识别能力。红外辐射偏振成像是近年来发展起来的一种新的红外探测技术,主要通过目标与场景的红外辐射偏振特性差异进行目标探测与识别。但由于红外辐射偏振信息在传输过程中,其偏振态会受到传输介质的影响,而通常基于实验分析总结目标红外偏振特性的方法难以对偏振传输过程中的影响因素进行估计,也不能定量描述各相关参数对于红外偏振信息的影响。通过微面元理论的双向反射分布函数模型,建立了基于偏振双向反射分布函数的红外辐射偏振传输方程, 推导分析了目标表面发射率对红外辐射偏振度的影响,结果表明：目标表面发射率对目标红外偏振度影响可以忽略;在理论分析基础上,有针对性的开展红外光谱偏振探测试验,试验数据分析与理论推导结论吻合。这表明：材料表面发射率的变化不影响目标表面的红外辐射偏振度。该研究成果有利于提高红外伪装探测的目标识别效率,可为进一步提高红外偏振成像系统的伪装目标探测提供新的途径和方法,如在伪装目标探测识别中,通过探测其表面的红外辐射偏振特性的改变实现伪装目标识别探测。     

表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分

为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析得到不同缺陷环境、不同观测条件对两种表面缺陷粒子偏振散射特性的影响。结果表明:利用p偏振光入射表面,而后探测p偏振光的双向反射分布函数值随散射方位角的变化趋势可区分两种表面缺陷;无论表面下方气泡粒子位置如何改变,均不影响该趋势的变化情况;不同光学元件表面材料、缺陷粒子种类、缺陷粒子大小对两种表面缺陷的偏振散射模型有一定影响,但整体趋势不变。实验中,针对本文所述两种表面缺陷进行区分时,可选取入射角度和探测散射角度均为45°,采用较小波长入射光进行实验。     

光栅色散型成像光谱仪的偏振校正方法研究

光栅色散型成像光谱仪工作在可见近红外波段,主要用于海洋水色遥感。仪器采用推扫式成像,共设置15个光谱通道,穿轨方向由1024个像元组成,总视场宽度为14.2°。成像仪的各光谱通道对入射光的偏振状态敏感,为了提高大气顶入瞳辐射的测量精度,需要了解仪器的偏振响应特性,包括偏振灵敏度和相位角。发射前搭建了偏振测试系统,测量仪器的偏振灵敏度和相位角,它们是光谱通道和视场像元的函数。其中980nm波段的偏振灵敏度最高,平均值约为4.69%,443nm波段的偏振灵敏度最低,平均值约为1.81%。随着视场的变化,灵敏度呈现中间低,两边高的变化规律。提出成像仪偏振响应校正方法,利用偏振状态已知的入射光进行实验验证,结果表明该方法可将成像光谱仪偏振响应引入的辐射测量不确定度降低1%~6%。     

纳米银线波导中表面等离极化波激发和辐射的偏振特性研究术

在可见光波段（λ=750nm）,实验研究了在端面辅助情况下,细纳米银线波导中表面等离极化波激发和辐射的偏振特性．实验发现在细纳米银线中,不同偏振态的入射光对应的表面等离极化激元的激发和传输效率有明显不同,但对应的出射光始终为方向恒定的线偏振光．对于化学合成的纳米银线,端面的轴对称性普遍比较好,对此类纳米银线进行激发时,如果入射光偏振态与纳米线近似平行,则激发和传输表面等离极化激元的效率最高;如果正交,激发和传输效率则最低．对于某些端面轴对称性较差的纳米银线,如端面为尖端或类斜面,当入射光偏振态与纳米线有一定夹角时,激发和传输表面等离极化激元的效率最高．在入射光偏振改变的过程中出射光的偏振方向始终与纳米银线平行．最后结合有限元差分方法理论解释了纳米银线中这种偏振特性的物理机理．利用纳米银线中表面等离极化激元激发和辐射的偏振特性,可以在亚波长尺寸上实现对光强和偏振态的调控．     

利用白光干涉谱测定云母片的快慢轴

白光照射到透明云母薄片时,后侧内表面产生的反射光与入射光会在云母片的前表面发生干涉.利用光谱仪可以观察到由于干涉而形成的条状光谱.改变入射光的偏振方向,可以观察到由于云母薄片双折射特性引起的干涉条纹的移动.根据条纹移动的方向,可以判定出云母片两正交的光轴方向上折射率的差异,从而判定出其快轴和慢轴.     

金属光栅表面增强拉曼散射的偏振依赖性研究

表面增强拉曼散射的机理主要来源于金属表面等离子体共振所产生的电磁场增强,因而基底的电磁特性决定了其增强的性能。本文以干涉光刻方法制作的大面积均匀性一维纳米光栅为增强基底,从实验和理论上探究其表面增强拉曼散射的偏振依赖特性。本文使用苯硫酚作为探针分子,并采用633nm和785nm两种波长作为激发光源,开展了等离子体共振与非共振状态下金属光栅表面增强拉曼光谱的偏振依赖特性实验研究,并通过时域有限差分法对光栅电磁特性进行分析。研究发现,光栅表面的电场无论是否激发表面等离子体共振,其电场随入射光偏振方向都会呈现出sin函数的规律性变化,拉曼光谱的峰值强度则呈sin2函数的变化规律;此外,表面等离子体共振会进一步加大拉曼光谱的偏振依赖性。     

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。     

基于偏振双向反射分布函数的粗糙表面偏振特性

为了研究高斯粗糙表面偏振特性,基于微面元理论,综合考虑微面元的漫反射和镜面反射,建立偏振双向反射分布函数模型。对由偏振双向反射分布函数得到的穆勒矩阵进行分解、变换等处理,推导出表征粗糙表面二向色性、相位延迟和退偏的3个子矩阵及其对应的偏振特性表达式。针对典型的粗糙目标,对偏振特性进行理论计算。分析入射角、方位角,以及粗糙度对粗糙表面偏振特性的影响。结果表明:粗糙表面二向色性在入射角变化范围内有极大值,且随方位角的增大而增大;相位延迟随入射角的增大而减小,且在方位角变化范围内有极大值;退偏能力在入射角范围内有极小值,且随方位角的增大而减小;粗糙度对除退偏能力以外的偏振特性影响较小。     

全自动偏振光实验仪

设计了一种根据光强值大小来测定布儒斯特角和演示反射光偏振特性的全自动偏振光装置。通过对比不同入射角度的反射光光强得出反射介质的布儒斯特角;通过对比入射光与反射光的光强变化得出反射光是部分偏振光且是部分点偏振。结果表明,布儒斯特角的实验值与理论值的相对误差为1.44%;该装置能够直观演示反射光的偏振特性。     

基于偏振成像技术的目标探测研究进展及分析

简述了利用偏振成像技术进行目标探测的物理特性,介绍了偏振成像技术的应用优点,概括分析了我国利用偏振成像技术进行目标探测的发展状况,指出了发展中存在的问题,叙述了国外在该研究方向所取得的主要成就。总结分析了基于偏振成像技术的目标探测的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。     

非球形介质的偏振激光传输特性实验研究

实验用一种新的化学方法合成了a/b(横纵比)1.6的椭球形非球形粒子,且以这种粒子为介质,通过油雾机在烟雾箱里产生不同浓度的非球形粒子,在均匀条件下分别以不同波长的激光(532nm,671nm)为入射光,透过衰减片、偏振片和1/4波片,并以旋转偏振片的方式使入射光变为0°,45°和左旋偏振光。分别以波长,入射角,非球形介质体积浓度为变量,研究偏振度(DOP)、偏振角(AOP)和光强(I)的变化情况,得到了偏振传输特性的变化规律以及保偏性能的优劣,对非球形介质的偏振传输特性的研究提供了数据和理论支持。     

光学元件亚表面缺陷的全内反射显微检测

 光学元件亚表面缺陷的有效检测已成为高阈值抗激光损伤光学元件制造的迫切要求。基于全内反射照明原理开展了全内反射显微技术检测光学元件亚表面缺陷的实验研究。结果表明：全内反射显微技术可有效检测光学元件亚表面缺陷;入射光偏振态和入射角度会影响元件内界面下不同深度处驻波形式照明强度的分布,对于可见度发生明显改变的微小缺陷点能衡量出其一定的深度尺寸范围;利用显微镜精密调焦对界面下一定深度处缺陷成像,可知缺陷点的位置深度。