基于偏振分束成像的旋光角度场测量技术

 为了精确地测量旋光效应中偏振光的旋光角度及其分布,提出了基于偏振分束成像的旋光角度场测量新方法。分析和推理论证了旋光角度场测量理论基础,设计构建了光电检测验证系统,即根据偏振光分束原理,借助于高清晰度CCD采集图像,由计算机对图像进行中值滤波和基于奇异值的匹配处理,再采用“差除和”信号处理以消除光源波动的影响,得到检测结果。实验结果表明,与传统的测量方法相比,该方法不受光源波动的影响,能精确、快速地检测旋光角度二维分布场,并具有很好的线性,数据的均方差仅为传统测量方法的40%。     

分振幅偏振成像相机标定方法研究

在分振幅偏振成像探测器标定过程中,针对标定系统引入的误差和探测器自身误差的超多影响因素的强耦合问题,提出采用一种非线性最小二乘拟合法,将探测器与标定系统的主要误差影响因素以未知参数的方式代入拟合方程中进行标定计算.在波段为532 nm的入射光源下,对标定后探测器的精度进行了验证.探测线偏振光的偏振角误差在0.2°以内,线偏振度误差在2.5%以内,探测左右旋圆偏振光的圆偏振度误差在3.5%以内,满足了天空偏振探测的应用.非线性最小二乘拟合法可以有效的标定分振幅偏振成像探测器.     

超短焦偏振折反射虚拟现实镜头设计方法

超短焦偏振折反射虚拟现实（VR）镜头是新兴的近眼显示光学解决方案,能满足用户对大视场、大出瞳和高清晰度的需求。本文详述了超短焦偏振折反射VR镜头的光路原理,说明了偏振折反射VR光学方案相较于传统VR光学方案的优势,并研究了低应力镜片的设计方法。为增加设计自由度,提出将非球面转化为环形拼接非球面,并介绍了拼接非球面的数学描述与优化策略。针对不同视场的像质差异问题,引入了像质自动平衡优化算法。采用上述方法先后设计了47°视场角和96°视场角的两款超短焦偏振折反射VR镜头,在像质平衡优化后,全视场调制传递函数值较采用普通非球面的系统提升了0.35以上。研究结果证明了环形拼接非球面在VR镜头设计中的可行性与高自由度优势,并体现了像质平衡优化算法的实用性。介绍了超短焦偏振折反射VR镜头的研发流程,原理样机的测试结果验证了该光学系统的良好显示性能。本文提出的设计方法对VR近眼显示设备的高清化与轻量化发展具有指导意义。     

基于偏振衍射色散共焦的光学元件轴向间距测量

光学元件轴向间距测量对精密光学系统的定位和装调具有重要意义.针对现有色散共焦测量系统中色散物镜结构复杂、色散范围小的问题,提出基于偏振衍射色散共焦的光学元件轴向间距测量方法,将传统折射共焦镜头几百毫米的轴向尺寸和复杂的装调需求简化为数毫米的单片镜,简化了系统结构.透镜间距和厚度测量实验表明,间距测量误差为10μm.     

正交偏振板对聚焦光斑偏振特性的影响

在间接驱动的惯性约束聚变(ICF)驱动器中,为控制靶腔入口及其附近光场的偏振特性及辐照均匀性,采用二维光谱角色散(2D-SSD)、随机相位板(RPP)和正交偏振板(OPCP)联用的束匀滑方案,数值模拟和理论分析了OPCP对焦面及离焦面处光场偏振特性以及强度均匀性的影响,并讨论了正交偏振板单元数的选取问题。结果表明,不同单元数正交偏振板对焦面及其附近光场偏振特性和强度均匀性的影响程度不同,且光场偏振特性对离焦并不敏感。此外,离焦会使强度均匀性变差,适当增加正交偏振板单元数可以在一定程度上减弱这种影响。     

正交偏振板对聚焦光斑偏振特性的影响

在间接驱动的惯性约束聚变（ICF）驱动器中,为控制靶腔入口及其附近光场的偏振特性及辐照均匀性,采用二维光谱角色散（2D-SSD）、随机相位板（RPP）和正交偏振板（OPCP）联用的束匀滑方案,数值模拟和理论分析了OPCP对焦面及离焦面处光场偏振特性以及强度均匀性的影响,并讨论了正交偏振板单元数的选取问题。结果表明,不同单元数正交偏振板对焦面及其附近光场偏振特性和强度均匀性的影响程度不同,且光场偏振特性对离焦并不敏感。此外,离焦会使强度均匀性变差,适当增加正交偏振板单元数可以在一定程度上减弱这种影响。     

分孔径红外偏振成像仪光学系统设计

为了在复杂及伪装的红外背景中识别出小温差目标,本文提出了一种基于分孔径的偏振成像系统结构,并对分孔径偏振成像系统所采用的分孔径成像系统及中继成像系统进行了设计研究。首先,根据Stokes矢量介绍了系统的工作理论和光学结构;其次,在现有探测器的结构参数要求下,计算出了光学系统的偏心量等参数,选择硅、锗作为透镜材料。在此基础上,确定了分孔径成像系统结构和中继成像系统结构。接着使用离轴偏心多重结构设计方法对初始结构进行了优化,研究了将普通红外物镜转变为具有实入瞳的像方远心结构的方法;最后,完成了分孔径成像系统和中继成像系统的整体系统匹配。设计结果表明,整体系统的调制传递函数在探测器奈奎斯特频率为17 lp/mm处大于0.6,能够满足系统的设计要求。本文设计的结构可以对探测目标实现实时偏振成像,且具有结构紧凑的优点。     

波状膜层全角度偏振分束特性的分析

从能带结构和等频面两方面完整阐述了利用光子晶体实现全角度偏振分束的条件，分析等频面目的在于确保波矢的切向分量保持连续，采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状膜层中的传播过程，通过对比TE模与TM模在0°—89°不同入射角情况下的振幅透射系数，理论上验证了波状膜层的全角度偏振分束效应. 关键词： 光子晶体 偏振分束 等频面     

偏振共焦扫描激光显微镜的成像特性研究

讨论了共焦扫描激光显微镜的纵向分辩率和信噪比对三维成像能力的影响, 给出了纵向分辨率极限的判据, 提出了旨在提高信噪比进而获取强表面反射或弱散射物体以及偏振物体的显微结构图像的偏振共焦扫描激光显微镜     

基于张量非负稀疏分解的偏振图像插值算法

分焦平面偏振成像系统具有结构紧凑、体积小和实时性高等优点,而且一次成像可以获得多个偏振方向的光强响应,已是目前偏振成像的研究热点之一,但该系统的分焦平面结构会降低图像的空间分辨率.为了重构全分辨率的偏振图像以及减弱瞬时视场误差的影响,偏振图像的插值必不可少.为了保护偏振图像的张量结构,提出一种基于张量非负稀疏分解的偏振...     

非对称偏振分束光栅的矢量衍射优化设计

基于严格耦合波理论分析了一种非对称偏振分束光栅的设计。这种偏振分束光栅分别在1级和0级衍射级次上衍射TE和TM偏振波。介绍了利用遗传算法设计偏振分束光栅的方法,并给出了优化实例。仿真结果表明:在设计波长为1.55时,TE偏振波在1级的衍射效率大于93%,TM偏振波在0级的衍射效率大于99%,此时1级和0级的透射消光比分别达到了9914.1和46841.5。通过对设计结果的分析发现,该偏振分束光栅在设计波长附近100nm的波长范围内都具有较高的消光比(大于100),达到了较好的偏振分束效果。     

使用Gamma校正对偏振图像的处理

在目标识别中,使用光的偏振特性来区分场景中的目标,可以有效地减小图像杂乱背景所带来的影响.但由于直接由原图像获取的偏振图像灰度值偏小,图像较暗,因此需要对偏振图像做进一步处理.选用gamma校正对偏振图像进行了灰度处理,得到了比原图清晰的图像.当参数选取为0.3时,其信息熵、平均梯度值明显改善.     

空间光学遥感器CCD焦面组件热设计

空间光学遥感器CCD焦面组件的热控工作旨在保证CCD器件所需温度水平和温度梯度,以满足遥感器高质量成像要求。分析了CCD焦面组件的工作模式与热控要求,遵循"被动热控为主,主动热控为辅"的热控制策略,提出了CCD焦面组件的热设计方法。在此基础上通过Sinda/G和TMG软件进行了计算机仿真,验证了热设计的正确性,对各类空间光学遥感器CCD焦面组件的热设计有一定的指导和借鉴作用。     

菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通成像研究

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积偏振选通全息术,该技术的原理与菲涅耳波带板扫描全息术相同,但在成像系统结构上作了重大改进,改进内容主要有两个方面:第一,使用扩展光源,用多个菲涅耳波带板在物体上的投影叠加形成卷积运算来取代机械扫描,克服了扫描造成的系统不稳定性和限制实际应用的耗时问题;第二,用CCD取代光电倍增管,使物体上所有的点都同时成像在CCD靶面上,达到实时采集整个全息图的目的。对线偏振光和圆偏振光经过散射介质脂肪乳剂(Intralipid)溶液后偏振度的变化规律进行了实验研究,研究表明,在米氏散射区,圆偏振光比线偏振光更容易保持偏振态。应用菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通成像系统,采用圆偏振光作为入射光,对嵌埋在浓度为1%、深度为2 cm的脂肪乳剂溶液中的金属丝(直径0.4 mm)进行了成像实验,结果表明,菲涅耳波带板无运动卷积偏振选通全息术原理是可行的。     

法拉第镜旋转角的偏振分束测量法

提出了基于偏振分束法的法拉第镜偏振旋转角的测量方法.利用非偏振分束器改变法拉第镜出射光的方向,偏振分束器将该出射光分为p光和s光,分别测量其光强,应用后续"差除和"信号处理方案消除光源波动的影响,推导出法拉第镜偏振旋转角的理论表达式.分析了起偏器的消光比非0及起偏角误差对输出结果的影响,分别是0.057 29°和-0.100 0°.实验验证了该方法的可行性,重复测量结果为89.68°,均方值为0.014 93.     

基于可调偏振度源的PSIM偏振光谱仪线偏振度测量结果定标校正

提出了一种基于可调偏振度源的偏振定标方法,利用方法完成了基于偏振光谱强度调制(PSIM)技术偏振光谱仪的线偏振光偏振度测量结果定标校正。以可调偏振度源输出的不同偏振度的线偏振光作为待测光源,用PSIM偏振光谱仪测量待测光源输出得到原始数据。将原始数据解析处理得到的偏振度谱与待测光源输出的理论偏振度谱进行线性拟合,得到校正系数。利用该校正系数对PSIM偏振光谱仪的测量处理结果进行定标校正。结果表明:在有效测量波段内(500~650nm),定标校正后PSIM偏振光谱仪的线偏振度测量解析精度明显提高,与待测光源输出的标准偏振度值间的最大误差由0.017减小到约为0.003,基于可调偏振度源的偏振定标校正方法具有可行性。     

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.     

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。     

航天CCD相机焦面位置地面标定方法研究

为了在地面试验阶段准确标定出航天CCD相机在轨成像时的像面位置,提出了一种基于自准直干涉测量原理和调制传递函数测量原理的航天CCD相机焦面位置的地面标定方法。介绍了该方法的原理和实施过程,并以口径1 m、焦距20 m的平行光管标定口径600 mm、焦距6 m的航天CCD相机为例,分析并计算了新标定方法和已有标定方法的标定精度。结果表明:新标定方法的标定精度优于0.006 mm,是已有标定方法标定精度的5倍至10倍,能够满足现阶段所有航天CCD相机的焦面位置的标定精度要求。     

基于斯托克斯参量测量的偏振共焦显微成像技术的研究

提出了一种基于斯托克斯(Stokes)参量测量的偏振共焦显微成像新方法。以斯托克斯参量、偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量作为成像物理量,通过系统集成方法将斯托克斯参量测量系统整合到共焦显微成像系统,通过共焦显微成像系统的显微物镜将激光聚焦到样品表面,而带有样品偏振信息的反射光进入斯托克斯参量测量系统进行偏振测量,把从斯托克斯参量测量系统中出射的4个斯托克斯光分别聚焦到4个点探测器进行光电探测,实现斯托克斯参量的共焦探测,同时获得同一物点的4个斯托克斯参量以及偏振度、相位差、方位角和椭率角等偏振参量。对样品进行二维扫描,获得不同物点的4个斯托克斯参量及其相关的偏振参量,利用计算机软件进行图像重建,从而获得样品的斯托克斯参量及其相关偏振参量的共焦显微图像。