基于瑞利散射的大气偏振模式Stokes矢量建模仿真

瑞利散射模型是一种经典的大气偏振模式表征模型,在实际中得到了广泛的应用,但不能通过Stokes矢量描述大气偏振模式的分布特性。基于瑞利单次散射原理,对经典的瑞利模型进行推广,建立一种理想条件下的大气偏振模式Stokes矢量仿真模型。该模型能够对理想条件下大气偏振模式Stokes矢量的分布变化进行建模仿真,利用Stokes矢量可以完备地表征大气光偏振态分布情况,并描述出不同类型偏振光的具体分布特性。通过仿真发现,大气偏振模式的Stokes矢量具有"十"字形的分布形态,整体分布始终保持相对于太阳子午线对称特性,随着太阳高度角的升高各矢量分量逐渐减弱。

基于电光调制器的全Stokes矢量的遥感测量

在利用光学方法测量参数的技术领域,偏振光的调制和检测具有重大的实用价值。但目前的偏振遥感主要是线偏振参数的测量,不是全Stokes矢量的测量。为实现全矢量图像的测量和显示,需要构建一种应用于遥感测量的全偏振图像采集、存储、计算和显示系统。整个全偏振测量装置的核心是一个包含液晶调制器的双CCD成像装置。系统通过对液晶调制器的控制,对入射光进行相位调制,偏振分光棱镜将调制后的光束分为强度相等的两束光(o光和e光),并由两个CCD进行图像的实时同步采集,最后由数字信号处理器(DSP)进行全Stokes参数的计算并输出结果图像。实验结果表明:全Stokes矢量图像包含更多的图像信息,在目标识别和其他图像测量的应用上将会发挥巨大的作用。

强度调制法测量Stokes矢量元素谱原理研究

介绍了一种测量Stokes矢量元素谱的新方法。该方法通过在普通光谱仪的入射光路前端加上由两个延迟器和一个检偏器组成的调制器,只需一次测量即可解调得到目标的完整Stokes矢量元素谱,能有效解决传统偏振光谱信息获取方法存在的缺陷。给出了新方法实现完整Stokes矢量元素谱测量原理的数学推导,并用计算机数值模拟手段证明了该方法的可行性。

一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法

提出了一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法。根据Jones矩阵推导出了Stokes矢量与液晶盒参数的关系,其原理是通过确定经过液晶盒之后偏振光的偏振特性来求解液晶盒盒厚和扭曲角。该方法在测量一个Stokes矢量时,在液晶盒后依次放两种波片,目的是改变经过液晶盒后的光的偏振态,再置一偏振分光棱镜分开水平Ip和垂直Is线偏振分量,测得两组光强,根据公式算得该Stokes矢量,从而求解液晶盒盒厚以及扭曲角。实验中我们用该方法测量了不同盒厚、扭曲角度的TN液晶盒。实验结果证明该方法可行,结果准确,并且可以测量盒厚较小的液晶盒。最后,我们理论分析了实验误差。

基于Stokes参量法测量矢量光束偏振态的方法

矢量光束的偏振态检测是矢量光束研究的关键技术。论文研究了基于Stokes参量法测量矢量光束偏振态的方法,介绍了该方法的基本原理和实现过程。基于猫眼腔激光器和马赫-曾德干涉仪生成了4种不同偏振态分布的轴对称线偏振矢量光束,并用Stokes参量法计算了生成光束的四个Stokes参量,以及光束每个像素点上的椭圆取向角和椭圆率角,得到了生成光束的偏振纯度。实验结果证明了Stokes参量法可有效实现矢量光束的偏振态检测。

微观瑞利散射下的大气偏振建模仿真

针对传统宏观大气偏振建模的信息单一性和表征模糊性问题,采用一种新的大气偏振建模算法。该方法依据瑞利散射理论,采用电场矢量描述光波,研究微观粒子对自然光电场矢量振动方向变化,得到散射光的偏振强度和偏振主方向。建立东北天坐标系,推导与天球坐标系间的转换过程,将单粒子瑞利散射扩展至全天域多点散射,形成大气偏振模式。仿真结果表明,新方法可以准确计算不同时刻不同地点的大气偏振分布信息,与传统方法中所获得的偏振角相比,本方法可以提供更丰富的三维方向信息,并具有良好的拓展特性,用于多因素大气偏振建模。

基于Stokes子矢量估计的弱信号检测

研究了窄带极化雷达的弱信号检测问题。首先给出目标散射波和随机极化波瞬态Stokes子矢量序列(ISVS)的表征方法和匹配距离的概念,而后提出了一种雷达目标散射信号Stokes子矢量的估计方法。最后,利用目标散射信号和接收机噪声的ISVS之间的差异,基于径向积累的思想提出了一种弱信号检测算法,可以显著改善雷达系统的检测性能,对于反隐身、预警和空间探测等具有一定的指导意义。

光子晶体光纤瑞利散射特性分析

基于全矢量有限元方法,建立了光子晶体光纤瑞利散射损耗的数值分析模型,并分析了该模型对与制作工艺相关的瑞利散射系数、与结构相关的空气孔间距及空气孔直径等参量对空气孔正六边形排列光子晶体光纤瑞利散射损耗特性的影响.分析结果表明:在相同波长下,瑞利散射损耗随着瑞利散射系数的增大而增大;在空气孔间距Λ一定而空气孔直径d增大或d一定而Λ增大时,瑞利散射损耗均减小.

基于瞬态Stokes子矢量的信号检测

研究了随机极化波中目标散射信号的检测问题。首先导出了正态随机极化波的瞬态Stokes子矢量概率分 布密度的解析表达式,在此基础上,基于信号和背景噪声之间的瞬态Stokes子矢量统计特性差异,提出了一种基于瞬态 Stokes子矢量的信号检测方法,仿真结果验证了该算法的有效性。

利用Stokes矢量和Muller矩阵确定椭圆偏振光的方位角和长短轴之比

本文利用Ｓｔｏｋｅｓ矢量和Ｍｕｌｌｅｒ矩阵法分析椭圆偏振光的方位角和长短轴之比的测定，并给出获得椭圆偏振光特定方位角和长短轴之比的方法。

基于FLCM的太阳Stokes矢量偏振测量术

利用两个标准λ/2FLCM(铁电液晶调制器)提出了太阳Stokes矢量偏振测量术。在不同的调制相位间隔测量4次光强便可导出全部Stokes矢量。利用FLC容易实现高调制频率(几千Hz)。这种偏振测量术的测量装置没有机械运动部件,不能引起杂散光效应,与快速解调器相结合在可见光范围内测量精度非常高。理论分析与实验结果符合很好。

Joanes矢量、Stokes矢量和Poincare球关系的研究

在偏振光的表述中，常用Joanes矢量、Stokes矢量对其做数学描述。偏振光的几何表述是通过Poincare球来描述，Joanes矢量和Stokes矢量对用数学手段处理偏振态的变换提供了方便。用几何方法通过Poincare球表示各种偏振态更直观和感性。本文从解析式上证明了他们之间的关系，并进一步指出三种方法的优缺点。

基于Stokes矢量的双相机偏振成像系统

针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题,提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术,在液晶驱动控制器的作用下,驱动2个液晶可调相位延迟器(LCVR)进行柔性调制,利用相机采集目标的偏振图像,进一步得到Stokes矢量的分量图像,解算出偏振度、偏振角图像。该方法利用双相机同时成像技术,解决了单相机采集信息不完整的问题,可以实现完全Stokes测量,同时获得目标的线偏振和圆偏振图像。实验结果表明,偏振度(Dop)图像相较于线偏振度(Dolp)图像,包含了更多的细节信息,Dop图像在图像评价指标方面均有5%以上的提升,说明Dop图像可以更好地还原被测目标物。采用该方法可以提高对静态目标的识别能力。

基于Stokes矢量测量的LCVR标定方法研究

液晶相位可变延迟器(LCVR)是一种利用液晶电控双折射效应进行工作的波片,通过改变电场来改变入射光的相位,因其相位延迟与电压、波长、温度等因素有关,使用前需要进行严格的标定。针对LCVR的标定,提出了一种基于Stokes矢量测量的LCVR标定方法,建立了系统Stokes矢量与LCVR相位延迟量之间的函数关系,通过偏振态测量仪测量待测系统出射光的Stokes矢量,进而求解出LCVR的相位延迟量。通过与光强法进行对比分析,验证了Stokes矢量法的正确性,并且,较之光强法测量更加简便,系统不再需要检偏器,避免了透光轴校准和光强值测量带来的误差;最后分析了电压、入射光的偏振角度、入射光波长,以及温度等对LCVR相位延迟量的影响.

基于Stokes矢量特征与GA-SVM的全极化SAR影像分类方法研究

发展了一种基于极化散射特征的全极化SAR影像分类方法,探索了Stokes矢量特征作为分类特征的有效性,通过遗传算法耦合SVM的特征选取方法(GA-SVM)有效解决了分类器泛化不足的问题.以一景高分三号(GF-3)全极化影像作为主要的数据源,与同步外业调查获取的地面实况数据进行对比,结果表明所设计的待选分类特征集与特征选取方法得到的特征组合取得了较好的分类效果,总体精度达到90.00%,Kappa系数为0.87,影像部分地物的错分、误分现象得到改善.这表明:(1)GA-SVM的特征选取方法可以在有效地降低分类特征维度的同时提升目标SVM分类器的分类精度;(2)将Stokes矢量元素及其分解特征作为分类特征,可有效提升非参数模型分类的精度.

Stokes矢量在全息光弹性中的应用

在全息光弹性中计算再现虚像的光强分布巳广泛地采用了Jones矢量和矩阵的方法,虽然这一方法比较直观易做,但完全的矩阵运算仍感冗长乏味。本文根据偏振光的各种矩阵描述法之间的关系,导出了一个用Stokes矢量表示的计算全息光弹光强分布的普遍公式。利用此式可使一般和偏振全息光弹性中光强的矩阵运算简化为Stokes矢量的标积运算,此外,这一公式不仅可用于一次曝光还能用于两次曝光的全息光弹性,最后给出了一些典型的例子。

应用Stokes矢量的水下探测增强算法

针对水下探测应用中,因水体散射造成的噪声干扰而导致的探测效果不佳问题,提出一种基于Stokes矢量的水下探测增强算法。该算法以偏振光理论为基础,结合散射现象与偏振理论之间的关系,将Stokes矢量作为数学工具经过推导、计算,得到浑浊水体下图像复原的方法。实验结果表明,该算法在含杂量不大于4 kg·m^(-3),不受污染水体环境下具有较强的图像还原增强效果;对于水体环境受较轻污染,含杂量小于8 kg·m^(-3)的水体环境下,该算法也同样具有可用性。该方法能够提高原始图像的清晰度、分辨率及可辨识度,是一种有效的水下探测增强方法。

基于Stokes矢量分析的偏光片光学参数测量

目前偏光片透过率的测量方法依赖偏光片的相对转动,受光源偏振度以及探测器偏振响应的影响大,测量精度低。为解决上述问题,本文提出了基于Stokes矢量分析的方法,通过分析入射到偏光片以及从偏光片出射的偏振光的Stokes矢量的改变,结合最优化算法来解析样品的偏振特性,从而快速、精确地测量偏光片的透过率。该方法测量速度快、可扩展性强,对平板显示产业中光学薄膜的偏振特性的测量具有普适性。

弹光调制偏振Stokes参量测量及误差分析

为了更简便地实现Stokes矢量测量,采用一种工作在不同频率上的双弹光调制器,利用它的频率叠加对光进行调制,产生载有被测量的高频调制分量,通过锁相一次得到了适用于所有偏振态测量的4个Stokes分量,且进行了理论分析、仿真验证以及误差分析,即对相位延迟幅度、入射角等因素对测量结果的影响进行了分析。结果表明,该方法实现了只需测量一次便可测出偏振态的所有分量,为进一步工程实现提供了基本的理论支撑。

Stokes子空单位球与Poincare球表示光偏振态的研究

本文借助数学工具,引入Poincare球与Stokes子空间单位球表示光的偏振态,并对二者关系进行了研究.结果表明:Poincare球能形象地表示线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光,而对非偏振光却无法表示;Stokes子空间单位球除具有和Poincare球相同的性质外,还给出了非偏振光在单位球上的表示.