部分偏振光通过透镜时的偏振像差分析

本文定量推导了轴上物点发出的部分偏振光通过透镜时其偏振度、偏振分量方位角和椭率角与透镜参数和入射光参量间的关系。对已知参数的透镜进行了定量计算，表明处于一定偏振状态的部分偏振光经透镜后其偏振度、偏振分量方位角和椭率角在出射光束截面上呈一定分布，产生偏振像差。给出了部分偏振光基本参量变化的数量级。指出在高精度光学测量中为避免透镜偏振像差影响，应尽可能减小光束半径和发散角。     

考虑探测器γ特性的光电偏振成像系统偏振信息重构方法

由于探测器响应的γ特性, 造成光电偏振成像中直接利用图像灰度重构的偏振信息与真实目标场景偏振信息的严重偏离, 基于重构偏振信息的后续定量化处理将完全失去意义. 为此, 提出了一种考虑探测器γ特性的光电偏振成像系统偏振信息重构方法, 分别针对分时和同时偏振成像模式分析了实现方法, 并设计进行了实际偏振成像实验. 实验数据表明: 探测器γ特性直接影响偏振成像系统重构的斯托克斯矢量和偏振度, γ值偏离1越大, 直接利用图像灰度重构的偏振度的重构误差也越大; 该偏振信息重构方法能够准确地重构出目标场景的斯托克斯矢量和偏振度信息, 为后续偏振成像的研究和定量应用奠定了理论基础.     

偏振二向反射分布函数测量误差分析

针对遥感偏振探测过程中获取的偏振信息与目标真实偏振信息存在差异的问题,探讨了遥感偏振成像系统的3类系统误差源对偏振二向反射分布函数、偏振度和偏振相角测量精度的影响,建立了遥感偏振探测误差分析模型。分析了起偏器角度定位误差对斯托克斯参量测量的影响,通过数值模拟研究了起偏器角度定位对偏振探测精度的影响;依据遥感偏振探测的地物空间间隔和成像CCD分辨率分析了空间视场重合误差对偏振二向分布函数分量的影响;分析了成像系统的光子噪声等固有系统误差对偏振探测结果的影响;根据误差的传递原则对3类误差源导致的测量误差进行了合成,进一步推导出线偏振度和偏振相角总误差模型。实验分析表明,该遥感偏振探测误差模型能真实反映偏振探测系统误差源对偏振二向反射分布函数测量精度的影响。     

空间调制型全Stokes参量偏振成像系统原理及仿真

空间调制型全Stokes参量偏振成像是针对同一目标不同偏振分量的同时探测技术,以双折射晶体作为调制元件,将Stokes参量S0~S3调制在同一幅图像中,只一次采集便可获得包含4个Stokes参量的调制信息。分析空间调制型全Stokes偏振成像系统的探测原理和数学模型。阐明重构偏振图像S0~S3的理论依据,并分析了系统参数的选择对图像重构效果的影响。根据实际系统参数,进行数值仿真模拟成像过程,获取调制图像,使用一种简单的频域解调算法,重构出S0~S3的4幅偏振图像,得到比较满意的重构效果,不仅验证了方案的可行性,同时为仪器设计或器件选型提供参考。     

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测的新方法

以往对干涉成像光谱仪的研究通常仅限于对光的干涉特性的利用,即由目标干涉图得到其光谱图,而忽略了其丰富的偏振信息.为了在利用光的干涉特性的同时还充分利用光的偏振特性,在原有偏振干涉成像光谱仪的基础上,结合现有的干涉成像光谱技术与偏振探测原理,提出了一种利用现有偏振干涉成像光谱仪获取探测目标的偏振参数(偏振度、偏振方位角等)的新方法,并对其精度误差进行了理论分析,证明了其不但具有较高的稳定性而且具有极高的测量精度.因此,若把以往的偏振干涉成像光谱仪看作是照相机与光谱仪功能的结合,则现在可以将之理解为成像仪、光 关键词： 偏振探测 偏振干涉成像光谱仪 Stokes参量 Savart偏光镜     

部分相干部分偏振电磁束通过光阑透镜的传输

基于广义斯托克斯参量,推导出了部分相干部分偏振高斯谢尔模型(GSM)电磁束通过光阑透镜后交叉谱密度矩阵、光强、偏振度、偏振椭圆的方位角及椭偏角的解析表达式,并用以研究菲涅耳数、自相关和互相关长度以及束腰宽度对焦移和偏振特性的影响。对主要数值计算结果做了物理解释。     

一种基于新型偏振干涉成像光谱仪的目标偏振信息探测新方法

提出了一种采用基于视场补偿型Savart偏光镜的新型偏振干涉成像光谱仪对二维目标偏振信息进行空间遥感探测的新原理和新方法.在新型偏振干涉成像光谱仪光学系统不变的情况下,通过旋转偏振干涉仪分别测出了三个不同角度下像面上各像点的光强值,反演出了二维面目标的斯托克斯矢量,并给出了各像点偏振度和偏振方向的理论表达式.采用计算机模拟实验对该探测原理和方法进行了验证,所得结果与理论完全符合.从理论和实践上扩展了干涉成像光谱仪的探测功能,与目前国内外所研究的成像光谱仪相比,该成像光谱仪既能同时探测目标二维空间信息和一维光谱信息,又提供了一种获得目标偏振信息的手段和方法.     

部分相干部分偏振电磁束通过光阑透镜的传输

基于广义斯托克斯参量,推导出了部分相干部分偏振高斯谢尔模型(GSM)电磁柬通过光阑透镜后交叉谱密度矩阵、光强、偏振度、偏振椭圆的方位角及椭偏角的解析表达式,并用以研究菲涅耳数、自相关和互相关长度以及束腰宽度对焦移和偏振特性的影响.对主要数值计算结果做了物理解释.     

高分辨大视场紫外-可见光偏振成像融合处理技术

采用蒙特卡罗方法对水云下大气的偏振态分布进行了仿真分析,所建立的水云大气环境在紫外360～400 nm波段的偏振度响应最大。采用紫外-可见光偏振成像技术对同一视场下的楼房、云和天空进行了偏振成像实验,并用霍夫变换分割方法对图像中的每个区域进行了统计分析,发现观测区域内无云区与云区的偏振角均值相对差为1.6%,偏振度均值相对差为-14%,证明了大气偏振角较偏振度稳健。紫外光和可见光在对云目标的偏振观测中存在互补性,采用拉普拉斯金字塔图像融合技术能够提高对大气目标的探测能力,验证了大视场高分辨紫外-可见光偏振成像技术在大气探测中的可行性和有效性。     

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的最佳角度分析

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测,这一方法将偏振测量与干涉成像光谱技术相结合,一方面能提供辐射测量所不能提供的物体偏振信息,另一方面又可获取目标的空间图像和光谱,具有比辐射测量更高的准确度.在简要分析了利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的理论基础上,深入研究了偏振检测的方法,分析比较了目前常用的偏振探测角度（45°,60°）对偏振度探测的影响.进一步计算推导出偏振测量的最优探测角度,将之与以往常用的探测角度进行了分析比较,证明了此最佳探测角度可以有效地减小偏振误差、提高偏振探测的精度.这将极大地提高偏振干涉成像光谱仪的应用范围,为新型偏振干涉成像光谱技术的研究以及仪器研制提供重要的理论依据. 关键词： 偏振检测 偏振干涉成像光谱仪 探测角 Savart偏光镜     

微光偏振成像系统设计及实验

为了实现对运动目标或变化场景的同时成像,根据偏振成像原理,基于孔径分割技术设计了一套微光偏振成像系统.开展了微光偏振成像实验,在实验室条件下定性分析了偏振成像的优势,研究了不同照度下偏振成像的准确度.通过改变偏振出射光束的照度,运用获得的偏振图像计算了该照度下光束的偏振度和偏振角.与真实偏振度、偏振角信息对比分析表明,当环境照度大于10-2 lx时,偏振成像能够比较准确地还原场景的偏振信息,改善微光成像质量.经过优化,该系统MTF在56lp/mm处所有视场下均不小于35%.     

多角度探测的不同材质表面偏振特性实验分析

相比于强度探测,使用偏振探测的方法能有效增强地物目标(如伪装目标)识别的准确性。设计并搭建偏振特性测试系统,对铁板、玻璃板、绿漆涂层铁板、绿漆涂层玻璃板、草皮这5种目标进行多角度偏振成像实验。首先,通过旋转偏振片将入射光源设置为完全线偏振光。其次,在偏振相机镜头前加滤光片,来获取同一中心波段下5种材质在各个探测天顶角、探测方位角下的图像。最后,将获得的偏振图像进行偏振度计算。结果表明,不同材质的保偏特性不同,且物体偏振度只与材质表面涂层有关,与内部组成成分无关;在镜面反射方向,目标的偏振度最大。这说明偏振光探测能作为材料分类的依据,可应用于遥感探测、物证搜寻等方面,还对反偏振侦察的特殊伪装材料制作有一定指导意义。     

基于双螺旋点扩散函数工程的多焦点图像扫描显微

在传统共聚焦显微技术的基础上,图像扫描显微技术使用面阵探测器来代替单点探测器,结合虚拟数字针孔并利用像素重定位和解卷积图像重构算法将传统宽场显微镜的分辨率提高一倍,实现了高信噪比的超分辨共焦成像.但是,由于采用逐点扫描的方式,三维成像速度相对较慢,限制了其在活体样品成像中的应用.为了进一步提高图像扫描显微术的成像速度,本文提出了一种基于双螺旋点扩散函数工程的多焦点图像扫描显微成像方法和系统.在照明光路中,利用高速数字微镜器件产生周期分布的聚焦点阵对样品进行并行激发和快速二维扫描;在探测光路中,利用双螺旋相位片将激发点荧光信号的强度分布转换为双螺旋的形式;最终,利用后期数字重聚焦处理,从单次样品扫描数据中重构出多个样品层的超分辨宽场图像.在此基础上,利用搭建的系统分别对纤维状肌动蛋白和海拉细胞线粒体进行成像实验,证明了该方法的超分辨能力和快速三维成像能力.     

空间调制型全偏振成像系统的图像解调算法修正

空间调制型全偏振成像系统可实现目标全偏振参量的同步探测。现有解调算法仅适用于单色光的探测系统,不适用于复色光的探测系统。通过寻找中心频谱位置获得实际载波频率的方式对偏振解调算法进行了修正。复色光偏振成像实验结果表明:宽波段空间调制型全偏振成像系统通过修正的图像解调算法可以得到中心波长的偏振信息,偏振探测误差小于5%。研究结果为复色光全偏振成像系统的解调算法研究提供了参考。     

基于斯托克斯参量的光弹性应力分布及成像方法研究

提出了一种基于斯托克斯参量测量的实时光弹性应力测量及其成像的新方法,对该方法的原理及参量测量方法进行了深入研究。根据分振幅斯托克斯参量测量原理设计一个实验系统,利用Equator-Poles(E-P)法定标系统,采用4个性能一致的光电探测器实现光束斯托克斯参量的快速实时测量。用实验系统测量单色平面偏振光通过光弹性样品后的斯托克斯参量,求得出射与入射偏振光的相位延迟量,再求得样品的应力值。运用该方法对有应力分布的平板玻璃和轴向受压有机玻璃进行测量并扫描成像,得到它们的应力分布图像。结果表明,该方法能够准确、快速和无损地测量光弹性样品任意位置的应力,实现对应力的实时测量。     

液晶相位调制型声光成像光谱偏振测量研究

新型的声光可调滤波器和双液晶相位可调延迟器相结合的一次成像光谱偏振系统与传统的二次成像光谱系统相比,不仅具有通光孔径大、光利用率高和全系统电调谐等优点,而且还能同时满足AOTF和LCVR的小角度入射,大大提高了光谱测量精度和偏振测量精度。通过实验计算,用拟合修正后的波长0和驱动频率fa关系式进行光谱测量,其相对误差值比用理论公式进行测量时减小约一个数量级。并且只需4组相位延迟量和4幅强度图即可求出全部的斯托克斯Stokes参量。理论分析了当系统考虑入射角度时,其偏振度、线偏振度、圆偏振度和角偏振度的最大相对误差值比只考虑光垂直入射时分别减少约0.306%、0.130%、10.96%和3.783%,为进一步提高系统的测量精度提供了理论基础。     

石榴石型偏振调节器温度效应研究

采用磁控溅射法制备了石榴石型偏振调节器并研究了温度对其的影响.利用斯托克斯偏振仪和CCD,研究激光透过石榴石及石榴石型偏振调节器的偏振极化性质和光斑变化.实验结果表明:在25～75℃温度范围内,激光穿过不同材料时,斯托克斯参量变化趋势不同;但是因方位角不改变,激光的偏振度、线偏振度、圆偏振度基本不变.     

冰的热辐射偏振特性研究

冰作为全球能量平衡、气候、水文和生态模型中的重要参数,直接影响到地气系统能量平衡、天气和气候变化等,利用热红外波段对冰偏振特性研究国内外尚未见报道,运用热红外技术对冰热辐射偏振研究有重要意义。研究结果表明,波段、探测角、偏振角对冰热辐射偏振特性均有较大影响,而方位角影响不显著。振辐亮度表现为:LCH1LCH3LCH4LCH2,偏振亮温表现为TCH4TCH1TCH2TCH3,对冰热辐射偏振特性研究选择第三通道偏振亮温数据更优。探测角对冰热辐射特性影响极其显著且受偏振角影响,冰在探测角10°、偏振角30°处偏振亮温最低,这非偶然因素造成,与冰自身特性有关,探测角对冰偏振度影响表现为P0P40P10P20P50P30,偏振度大小与各偏振角的亮温差异大小直接相关,方位角对冰偏振亮温影响不显著,表面粗糙程度与组织结构差异直接导致冰在不同方位角发射辐射差异,利用偏振度对冰理化特性监测具有重要作用。     

相干反斯托克斯拉曼散射显微镜的成像特性

对自身不发荧光且不便于荧光标记的化学或生物学样品，集相干反斯托克斯拉曼散射与激光共焦扫描显微镜于一身的相干反斯托克斯拉曼散射显微镜是一种好的选择。因为相干反斯托克斯拉曼散射是一种非线性过程，相干反斯托克斯拉曼散射显微镜的显微成像特性与一般的共焦显微镜非常不同。首先计算了焦点附近相干反斯托克斯拉曼散射激发场的偏振分布，然后，利用格林函数方法，得到了以赫兹偶极子为源的波动方程的精确解，发现对于不同的成像配置和样品形状，像场的相干反斯托克斯拉曼散射场分布非常不同，因此传统的显微镜成像表征方式（如点扩展函数）将不再能描述相干反斯托克斯拉曼散射显微镜的成像特性。     

光学元件残余偏振测量方法与装置

光学镜头的残余偏振是影响偏振遥感探测、偏振军事目标识别和精密光学测量仪器测量准确度的一个关键参数。针对大口径可见光波段光学镜头偏振度准确测量的问题,研制了一台光学镜头残余偏振度测量装置。该装置利用表面镀金属膜的大口径离轴抛物面反射镜作为准直光源,通过控制入射光的入射角、降低入射光源的残余偏振度等技术,在水平、垂直、45°、135°的方向获得了一致性很高的斯托克斯参量。为了验证该装置的性能,对可见光波段口径小于160 mm的光学镜头残余偏振进行了实际测量,测量结果表明,该测量装置的残余偏振度低于0.2%,可满足高精度光学镜头残余偏振的测量需要。