基于Mueller矩阵的目标偏振特性分析

目标Mueller矩阵反映了光波在传播过程中偏振态的变化,其包含与目标自身有关的起偏、退偏等偏振特性。为进一步研究目标Mueller矩阵特性,通过将光波传播过程转化为相关半正定二次型函数实现偏振态变化线性运算的方法,定义目标净退偏特性和可以综合评价目标起偏特性和退偏特性的偏振度PΔ,并证明了其在偏振探测目标识别和偏振特性分析中的有效性。最后利用实验测量了不同入射角、粗糙度铝板的Mueller矩阵,通过定义粗糙度对目标偏振特性的影响因子Q和目标偏振特性随入射角变化的稳定性S,分析了入射角和粗糙度对目标Mueller矩阵特性的影响。     

时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪的全视场偏振信息探测研究

基于Savart板的新型时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪(TSMPIIS)是一种静态、小型化、高稳定性的遥感偏振探测器件, 可以用来实现对目标的光谱信息以及偏振信息的探测. 目前, 已经确立了通过旋转TSMPIIS偏振片法来实现测量的方案, 然而该方案破坏了TSMPIIS系统原有的稳定结构, 降低了仪器的测量精度和可靠性. 为克服旋转偏振片法的不足, 本文从TSMPIIS的探测原理出发, 通过分析和计算TSMPIIS的Mueller矩阵, 推导出了全视场角度的TSMPIIS旋转偏振探测法的基本公式, 论证了TSMPIIS全视场偏振信息探测的可行性和准确性, 为TSMPIIS的遥感探测以及Stokes参数的反演提供了理论依据, 进一步拓展了TSMPIIS遥感探测的优越性.     

激光偏振主动探测及成像系统的误差研究以及系统的改进

利用Mueller矩阵,以三种典型目标为模型,全面分析了主动偏振成像系统的误差来源。在实验系统典型参数下,对偏振度误差进行了模拟。提出了利用标准偏振度目标校准系统参数的方法,提高了实验系统的精度。以仿真结果为基础,对实验系统进行了进一步的改进。通过对实验元件参数和位置的合理配置,该实验系统能够提供高精度的目标偏振度探测。误差分析结果为偏振成像实验系统元件参数的选择提供了重要的参考依据,同时也为实验系统的改进提供了理论支持。     

嵌入式相位传感的多功能Stokes-Mueller偏振仪

Mueller矩阵因可以定量地提供组织样品的完整偏振信息,已被广泛地应用于癌症的病理诊断中。现有的Mueller成像偏振检测仪器丢失了样品的绝对相位信息,而相对的相位信息不能反映待测相位的变化规律,故需要开发嵌入式偏振光波前绝对相位检测仪器。搭建了一款嵌入式相位传感的Stokes-Mueller偏振仪,将研发的四波横向剪切干涉仪集成在偏振仪中,不仅实现了生物样品偏振信息的提取,还实现了样品相位信息和折射率的实时测量。以肺癌组织切片为研究对象,通过对退偏参数和折射率值的比较准确地实现了对正常区域和癌变区域的识别。所提技术丰富了偏振仪的测量功能,通过测量绝对相位实现了样品折射率的测量,进而能够为癌症诊断领域提供一种更全面的辅助手段。     

偏振器的物理意义及圆偏振器的Jones矩阵--评《关于圆偏振器》一文

从正交完备系及Mueller矩阵等角度阐明了理想圆偏振器的物理意义,指出已有文献中其Jones矩阵描述的正确性,而《关于圆偏振器》一文对诸多文献的批评是错误的。     

星载多角度偏振成像仪偏振辐射测量的理论误差分析

星载多角度偏振成像仪可以获取目标的多角度偏振辐射信息,探测精度是重要的技术指标。为研究仪器的测量精度及相关的误差因素,以Stokes-Mueller为数学描述方法,分析仪器的原理和光路结构特点,从理论上推导了仪器的偏振辐射测量模型,并通过实验初步验证了镜头Mueller模型的正确性。在考虑目标光各种偏振态的情况下,分析了非理想光学器件重要参数对目标光偏振度测量结果的影响,得到了偏振度测量误差与通道相对透射率、空间高频相对透射率/响应率、线偏振片振透轴方位角、镜头线性双向衰减这四种参数偏差之间的关系。按照仪器探测精度要求,结合各参数偏差对应误差最敏感的目标光偏振态,从理论上提出了各重要参数的误差容限。该研究为整个仪器的研制、定标及后期数据处理提供了理论依据。     

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%。     

基于Mueller矩阵的偏振抑制反光方法

针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题,若仅依赖单偏振抑制反光,目标与背景之间对比度低,难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光,虽然对比度有所提高,但图像整体亮度较低,识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象,首先分析偏振抑制反光的能力,其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律,最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明,Mueller矩阵中M₂₂和M₃₃图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素,通过M₂₂和M₃₃生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时,有效地提高了目标与背景之间的对比度,从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。     

基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭偏技术

提出了一种基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭仪方案,与现有时间调制型与时频混合调制型广义光谱椭偏技术相比,其不含运动部件与电控元件,可实现被测样品全部16个Mueller矩阵元素光谱的实时测量。与现有频率调制型广义光谱椭偏技术相比,其测量结果的光谱分辨率更高且降低了通道串扰产生的概率。     

一种高精度偏振遥感探测方式的精度分析

检偏器的角度误差是影响偏振遥感探测精度的重要因素之一,是许多高精度定量化偏振遥感需要考虑的一个问题。在检偏器(0°,60°,120°)放置的测量系统中,当入射光偏振角接近于0°或180°时偏振测量易产生最大误差值,而偏振角接近30°,90°和150°时,偏振度的测量具有很高的精度;在检偏器(0°,45°,90°)放置方式中,偏振角接近45°的光束测量易具有最大误差值,而偏振角接近于0°,90°和135°时,角度误差对偏振度测量精度的影响很小。除了个别偏振角外,对高偏振度入射光束的偏振测量通常具有较大的偏振测量误差。因此,引进线偏振光的平均偏振度测量精度描述偏振测量装置的优劣,结果表明检偏器(0°,60°,120°)放置方式优于检偏器(0°,45°,90°)放置方式。     

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.     

全偏振大气偏振模式成像系统的设计与优化分析

全偏振成像能够获取目标更为丰富的信息,在目标探测、大气特性研究和医学诊断等领域具有广阔的应用前景.为了实现大视场天空区域全偏振信息的快速获取,设计了一套全偏振大气偏振模式成像系统;针对因系统传输矩阵"性态"的不同使得求解的目标Stokes矢量存在误差的问题,通过分析传输矩阵的特性并建立目标函数,将传输矩阵的优化转化为目标函数在多组条件下的求解,确定了最优系统传输矩阵;并对系统的四分之一波片的延迟量、偏振片的消光比以及传输矩阵进行标定.通过开展优化前后偏振信息的对比实验,结果表明:优化后偏振角误差较优化前降低了10%以上;偏振度和线偏振度中最大偏振度带的误差和中性区域的误差较优化前也有不同程度的下降.在此基础上开展了外场全偏振信息测量实验,结果表明系统满足设计要求,能够有效地获取天空全偏振信息.     

基于耦合波理论设计偏振分束光栅

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质。针对通信中常用的1.55μm光波,采用严格耦合波理论分析了亚波长光栅的偏振分光特性,设计了对应的偏振分束光栅。所设计的光栅在入射角为56°时,透射消光比和反射消光比都大于9000,且在1.27μm~1.67μm全光波段内,入射角在51°~57°之间时,透射消光比和反射消光比都大于100,达到了宽带宽、宽角度以及透射消光比和反射消光比都较高的要求。     

航空偏振辐射计偏振精度验证及带外响应分析

为满足航空平台图像大气校正的应用需求,在可见近红外至短波红外波段,同时获取大气多谱段偏振辐射信息,研制了一种用于航空轻量化的偏振探测仪器,航空偏振辐射计。首先,对仪器进行系统描述与光学组件简介,并给出仪器的主要技术参数,其次为保证仪器数据的可用性与参数反演精度,仪器装调之后,在实验室进行绝对辐射定标及偏振测量精度验证。研究结果表明：航空偏振辐射计的绝对辐射定标不确定度优于2.51%,各偏振波段对0.2线偏振度目标的偏振测量精度优于0.16%。同时对490 nm波段偏振精度不理想的情况进行分析,并使用单色仪系统验证其受带外响应影响,通过对比实验验证,针对490 nm波段的偏振通道,去除带外响应影响后,其偏振精度从2.29%提升至0.06%。     

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     

用于空间目标偏振探测的望远镜系统偏振分析

基于地基大口径自适应望远镜构建成像偏振探测系统,可以同时获取空间目标的光强和偏振图像,将光强信息和偏振信息相结合,能为空间目标的探测和识别提供更多依据。现有的1.23m自适应望远镜在设计时并未采用保偏设计,在开展观测研究前需得到光学系统的偏振传输特性。但目前难以直接对大口径望远镜进行偏振标定,为了分析1.23m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性,基于相干矩阵和光线追迹法建立了望远镜系统偏振传输特性分析模型。仿真得出了1.23m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性,发现光学系统会引入较大的偏振探测偏差。为减小偏振探测偏差,给出了一个可行的保偏改进方案,并通过已建立的模型验证了该方案的有效性。     

亚波长金属偏振分束光栅设计分析

结合有效介质理论和薄膜光学的抗反射设计方法,设计了基于0.65μm工作波长的亚波长金属偏振分束光栅,给出了光栅的优化设计参数,采用严格耦合波理论分析了光栅的偏振分束特性.结果表明,亚波长金属光栅对TE偏振表现为金属膜特性,具有高反射,对TM偏振表现为介质膜特性,具有高透射,在-30°<θ<30°的大入射角范围和0.47μm<λ<0.80μm的宽入射波谱内,该光栅的透射光和反射光均具有高偏振消光比和低插入损耗的特点. 关键词： 亚波长金属偏振分束光栅 有效介质理论 薄膜光学 严格耦合波理论     

薄膜层数对偏振分束棱镜性能的影响

采用电子枪蒸镀离子源辅助技术,讨论了薄膜层数对偏振分束棱镜性能的影响.结果表明:随着薄膜层数的增加,p偏振光的透射率逐渐增大,s偏振光的透射率逐渐减小,p偏振光和s偏振光透射率的比值逐渐增大.     

基于一维金属-介质周期结构的偏振分束

分析了一维金属一介质周期结构的能带特性,根据一定频率范围内TM波(磁场方向与界面平行)在结构中的负折射以及TE波的正常折射,提出了一种偏振分束器件.利用传输矩阵法(TMM)模拟了该结构对入射高斯光束的偏振分束作用,讨论了不同入射角度下的偏振分束能力,并结合实际金属参量,分析了金属层吸收对结构特性的影响.结果表明该结构在55°附近入射时有最好的性能;在吸收作用下结构偏振分束能力有一定的减小,TM波透射比发生了较大变化,TE波效果较好;随着周期数增加,结构透射比下降,但分光能力显著提高;在工作波段上随着波长增大,金属层吸收对器件的影响减弱.该结构能实现宽波段、宽角度、较高透射比的偏振分束.