高温目标偏振特性数值仿真研究

随着人类对宇宙的探索逐渐加深,飞行器更频繁往返于太空与地球之间,再穿过大气层时温度会迅速升高,对传统的光强探测技术造成困扰。为克服该问题,本文结合菲涅尔方程以及热光系数对高温目标的自发辐射偏振特性进行了初步的理论分析和建模仿真,并研究了在特定参数高温目标的自发辐射偏振规律。研究结果表明:高温目标自发辐射发射率平行分量和垂直分量随发射角和温度的变化趋势不一致,但是偏振度随温度(发射角为0˚时除外)的升高和发射角增大整体呈现上升趋势。

基于黑体红外偏振特性的定量分析探索

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型,推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式,得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系;针对环境因素对红外偏振度的影响,开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验,结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关,进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.

一维光子晶体的偏振特性研究

本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonic band gap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质α的填充率因子变化曲线.

非球形椭球粒子参数变化对光偏振特性的影响

针对自然界中多数沙尘、烟煤粒子的非球形问题,在球形粒子偏振特性的基础上,进一步研究非球形椭球粒子的折射率、有效半径、粒子形状等参数变化对光偏振特性的影响,采用基于T矩阵的非球形粒子仿真方法,模拟非偏振光经椭球粒子传输后光的偏振特性及其与球形粒子间的差异,并以实际沙尘、海洋、烟煤三种气溶胶粒子为例说明结果的正确性.结果表明:当折射率实部越小,虚部越大时,球形粒子与非球形粒子的偏振差异越不明显;当粒子有效半径增加时,球形粒子偏振度的变化比非球形粒子更为明显,且最大值分别出现在散射角为150?和120?的位置;当粒子形状不同时,不同形状椭球及球形粒子的差异在散射角小于60?时并不明显,且当椭球粒子纵横比互为倒数时,两种粒子的偏振特性近似相同.通过以上分析可知,在光传输过程中,椭球粒子多数情况下无法被近似为球形粒子进行计算.

大气散射辐射偏振特性测量研究

大气散射辐射偏振特性测量是研究大气光学和物理特性的有效手段之一。利用PVF021型光谱偏振辐射计,以合肥地区大气为例,通过野外地基测量,获取了大量不同时空的大气光谱偏振数据,对它们处理和分析,可以得到大气偏振特性的时空分布信息。此项工作为反演大气参数、建立大气散射辐射偏振特性模型提供素材。

激光水下偏振特性用于目标图像探测

利用激光水下偏振特性获得偏振差分图像 (PDI) ,并运用PDI技术 ,从理论和实验上对水下目标探测进行了研究 .介绍了PDI基本概念和实验系统原理 ,然后比较分析了不同条件下普通图像与PDI在辨别目标距离及其纹理上的差别和PDI中背景偏振光的影响 ,得出利用目标和背景偏振光的差异区分二者 ,从而提高探测距离的结论 ,并取得了较好的效果 .在此基础上提出了通过处理有关PDI偏振参量来进一步辨别目标与背景的设想 .

湍流对椭圆偏振激光传输中偏振特性的影响分析

根据推广的惠更斯-菲涅耳原理和Rytov相位结构函数二次近似,推导出高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中交叉谱密度矩阵的表达式,研究了湍流对椭圆偏振高斯-谢尔模型光束传输中的偏振特性影响,并与部分偏振高斯-谢尔模型光束进行了对比分析.结果表明,相对于部分偏振高斯-谢尔模型光束,椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中偏振度、方位角以及椭圆度的变化受湍流的影响较小.同时得到椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气斜程传输中偏振度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的小,而方位角和椭圆度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的大.

基于偏振特性的伪装目标检测方法研究

在介绍偏振成像机理的基础上,分析了偏振信息检测和强度信息检测在物理含义中的区别。以12种伪装网作为目标,通过实验研究了目标的反射光偏振特性,比较了它们的偏振光谱信息。分析结果表明:观测角度、目标表面粗糙度、目标材料等对目标偏振特性有很大影响。实验给出了观测角度、目标表面粗糙度、材料等与目标偏振特性的关系,对伪装目标检测具有重要的指导意义。

光纤陀螺仪的光学器件偏振特性测试方法研究

介绍一种能够评价光纤陀螺中各种光学器件 (保偏光纤、耦合器、去偏器和集成光学器件 )的偏振特性的方法。试验装置用于评价保偏光纤的偏振特性 ,系统消光比高达 5 5dB。测试 3m长熊猫型保偏光纤 ,测得最大消光比 2 4 .6dB。

不同湿度环境下可见光波段激光偏振特性研究

雾霾天气严重干扰了可见光成像效果,利用可见光偏振特性可以有效提升探测效率。雾霾环境会受到气溶胶颗粒湿度的影响,湿度是雾霾环境重要物理参数。为了获得可见光在雾霾环境的偏振特性规律,分析了环境湿度对偏振特性的影响。在非偏振光气溶胶单粒子散射特性基础上,采用改进蒙特卡罗方法建立了偏振传输模型,对不同湿度水雾环境下可见波段偏振光传输特性进行研究,重点分析水雾环境湿度改变对不同可见光波段偏振光偏振特性的影响情况并建立了接近真实水雾环境,通过室内实验对偏振模型进行验证,对不同湿度环境下的450、532、671 nm线偏振光与圆偏振光的偏振度与偏振态改变进行了比较与分析,仿真模型置信度>60%。研究结果表明:偏振光的偏振度随水雾环境湿度是呈下降趋势。随着波长的增大,偏振度变化趋于平缓,出射偏振度随着波长的增加而变大,当激光波长为450、532、671 nm时,偏振度下降点的湿度值分别为50%、70%、90%;圆偏振光入射,圆偏振光的旋性对于偏振度没有影响,且高于线偏振度值。对于水雾这种容易受湿度影响较大的环境而言,在可见光波段,应该尽量选择较长波长的偏振光进行传输探测,因为湿度对较短波长的影响比较长波长的影响要大,所以,在湿度较大的环境中,较长波长的圆偏振光是偏振保持特性最好的。在湿度较大的环境中,应尽量选取波长较长的偏振光成像,以达到较好的成像效果。

典型粗糙表面的退偏振特性实验研究

为讨论典型粗糙表面对P偏振入射光的退偏振能力,运用斯托克斯矢量-密勒矩阵方法描述光波偏振态的变换过程。在P偏振入射光的情形下,推导了典型粗糙表面密勒矩阵中各元素测量的理论模型。根据理论模型,通过实验测定了不同标准典型粗糙度表面和典型目标表面密勒矩阵的M11/M00值,结果表明:随着表面粗糙程度的增大,M11/M00值逐渐减小;金属目标的M11/M00值高于0.61,迷彩布、木板和水泥板等目标的值低于0.3,金属目标和其他目标对P偏振光的退偏振特性存在显著差异。

LD泵浦Nd∶YAG/Cr∶YAG激光器偏振特性的研究

实验发现由各向同性晶体构成的Nd∶YAG/Cr∶YAG被动调Q激光器发射时 ,激光束具有明显的偏振特性 ,并且偏振特性强烈地依赖着LD的偏振泵浦方向。

空间目标的光学偏振特性研究

偏振特性是光与物质相互作用所表现的重要特性之一,与物质的性质密切相关。空间目标偏振特性可能会因为特定空间目标组成材料和空间目标轨道不同而存在差异,因此为空间目标的探测和识别提供了科学依据。本文通过空间目标材料以及典型空间目标模型的多角度偏振成像特性试验测量,分析了空间目标偏振特性及其变化机理。结果表明,空间目标表面材料的偏振特性对于目标的识别具有很重要的作用,太阳能电池板的姿态对卫星的偏振特性影响尤为明显。本文研究可以为空间目标光学偏振探测与识别提供应用基础研究支持。

保偏光纤偏振特性测试系统的光路研究

光纤陀螺是干涉型传感器,光的偏振特性影响该传感器的精度,因此需要对光纤的偏振态进行精确的测试。目前国外有些公司出售检偏系统,但所给的指标并不高,而且价格也非常昂贵,国内使用的测试系统一般都为自制,精度普遍不高,实际测量的消光比小于系统的理论消光比。有偏振特性系统的设计和测试结果,却没有系统误差原因的详细分析。针对这一问题,在给出了高精度保偏光纤偏振测试系统的光路结构基础上,对系统中影响消光比的光路误差进行了分析和计算。通过理论分析和计算机模拟计算,得到本系统的消光比在给定的误差范围内可以达到55 dB,能够满足高精度的测量。同时,在计算中得到了e光和o光的透射率,计算结果中棱镜e光的透射率比以往的结果精确2.34%。

锥形光纤的偏振特性

随着光通信技术的不断发展,光纤的应用越来越广泛,而锥形光纤以其独特的传光方式越来越多地应用于光纤连接、成像及测量等领域。实验测定了不同锥角和不同长度锥形光纤的偏振特性。理论上,根据麦克斯韦方程组以及边界条件给出了光在理想光纤中的场分布,阐明了实际光纤中光的传输特性。论证了锥形光纤长度与其偏振特性的关系,进而利用几何光学方法对锥形光纤锥角与其偏振特性的关系作了定性说明。并用具体数据进行了定量计算,得出偏振光经锥形光纤传输或耦合后再传输到其终端所得到均是椭圆偏振光的结论。

可见光波段的矿石多角度反射偏振特性研究

为了研究矿石的多角度偏振反射特性,采用改变光源入射角和探测角的方法,测量矿石在可见光波段的反射偏振光谱,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,矿石的偏振度在可见光波段受波长影响较小,偏振度大小稳定,而入射角和探测角对矿石的偏振度光谱影响显著;随着入射角和探测角的增大,矿石均表现出先增大后减小的趋势,最大值出现在布儒斯特角附近;当入射角和探测角在55°~65°范围变化时,矿石偏振度差异显著,其中因组成颗粒较小结晶程度较高的玉髓偏振特性最强,而非晶质结构的蛋白石偏振特性最弱。该研究利用偏振度对矿石进行鉴别和分类,具有一定的可实行性,这为矿石检测提供了新的途径。

椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的偏振特性研究

基于全矢量平面波方法,以聚甲基丙烯酸甲酯为基材,设计了一种高双折射光子晶体光纤,并对其传输性质和偏振特性进行了数值模拟。结果表明,椭圆孔六角点阵聚合物光子晶体光纤的双折射是由于包层的不对称性引起的全局双折射,通过调节椭圆率,发现该光纤可以以单模方式在一合适波段运行,该波段与聚合物光纤的低损耗通信窗口一致。在η=2.5时,其双折射最高可达4.8×10^(-2)。该研究结果为高双折射聚合物光子晶体保偏光纤的制备提供了理论依据。

长周期保偏光纤光栅的偏振特性研究

用高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入长周期光纤光栅,并对其偏振特性进行了全面的试验研究·试验结果表明,在输入椭圆偏振光偏振角度0到2π的变化范围内,高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入的长周期光纤光栅谐振峰幅值会随着入射椭圆偏振光偏振角度的改变发生以π为周期的周期性变化,并且相邻两谐振峰幅值变化趋势相反,相位差为π.在相同偏振角度下将两谐振峰幅值相减,其差值呈近似于锯齿波的周期性变化,周期也为π·在没有发生模式干扰的情况下,谐振峰波长几乎没有发生漂移·基于模式耦合理论,文中还对所观察到的试验现象进行了定性的理论解释·

多波长Er^(3+):YAlO_3激光的偏振特性

本文从实验上研究了掺杂10at%Er^(3+)离子a轴Er^(3+)YAlO_3(Er:YAP)激光器同时起振的2.7110μm,2.7299μm和2.7950μm三条谱线的偏振特性,发现2.7110μm和2.7950μm激光为线偏振光,其偏振方向平行结晶的b轴方向。2.7299μm激光为部分偏振光,椭圆的长轴沿结晶的c轴方向。文中给出了三者的输出特性。

雾与涂漆目标基于旋转偏振角的激光偏振特性

针对缺乏可用于区分雾和涂漆目标差异的散射激光偏振特性数据,采用了基于旋转偏振角的激光偏振特性测试方法,测量了低浓度水雾和油罐车样品偏振特性,实验测量发现:在偏振角45°范围内,利用散射激光偏振特性具有区分水雾和涂漆金属目标样品的能力。为了验证这一现象,改变入射激光频率和脉宽参数,并对中高浓度水雾和涂漆装甲车目标样本实验测量。验证结果表明:在不同入射激光频率和脉宽参数条件下,随着入射线偏振激光的起偏角度的增大,水雾的散射激光偏振度呈现先降低再增大的趋势,在偏振角45°处出现最小值;而测试中涂漆金属目标样品的偏振度随起偏角的变化没有明显改变,且偏振度值均大于水雾在偏振角为45°时的偏振度。