红外超光谱成像偏振仪

美国犹他州立大学空间动力实验室正在研制红外超光谱成像偏振仪.该偏振仪是为了用偏振法以高空间和光谱分辨率测定云顶的2.7μm水吸收带后向散射太阳光而设计的,它将装载大空军KC-135型“飞翔红外信号技术(FISTA)”号飞机平台上.该偏振仪是原理性遥感器,它将超光谱为所欲推扫成像技术同高速、固态偏振技术结合起来,采用尽可能多的现有成型元件,同时为适应原理样机的研究,光学系统是试验性方案.此外还采用一个窗口可换的InSb 256×320CCD相机,一个固态铁电液晶(FLC)偏振计和一个透衍射光棚.

基于超表面微辐射热计的双色偏振探测器

介绍了利用超表面吸收体即具有亚波长尺寸和间距的光学谐振器阵列来取代分立的滤光片和偏振片实现了氧化钒(VO x)微测辐射热计对光谱和偏振的同时选择。超表面吸收体选择性地吸收特定波段的TM偏振光而反射TE偏振光,其中特定波段的中心波长和带宽可人为调动。针对5.3~6.6μm和6~7.4μm两个红外波段分别设计制备了超表面吸收体,制备出的超表面吸收体对TM偏振光的吸收率分别为0.8322和0.7720,偏振消光比分别为42.24和42.65。并将超表面吸收体与氧化钒微测辐射热计进行了集成,测试得到的探测器响应谱与超表面吸收体的吸收谱能够较好地吻合。制备出的两种探测器的峰值响应度分别为1.0V/W和1.46V/W,分别位于6.0μm和6.8μm处。同时两个探测器的峰值探测率分别为6.94×10^(5)cm·Hz^(1/2) W^(-1)和9.95×10^(5)cm·Hz^(1/2) W^(-1),工作频率分别为11Hz和36Hz。我们的工作为实现大面阵室温多光谱偏振成像探测器提供了一种新的方法。

成像光谱偏振仪研究进展

成像光谱偏振仪是一类同时具有成像、光谱测量和偏振测量功能的新型光电传感器。介绍了成像光谱偏振仪的原理,对近些年来国内外成像光谱偏振仪的研究进展进行了总结,对基于声光可调谐滤光片、液晶可调谐滤光片等新器件的成像光谱偏振仪和通过在狭缝色散型、空间调制傅里叶变换型和层析型成像光谱仪的光路中添加偏振器件构成的成像光谱偏振仪的原理进行了阐述,并对成像光谱偏振仪的发展趋势进行了展望。

基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像技术

针对环境温度、电压、入射角等因素变化对基于声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)和液晶可变延迟器(Liquid crystal variable retarder,LCVR)的光谱偏振成像测量精度影响大,且整个系统实现复杂等缺点;考虑到超消色差波片对温度和波长依赖小,结合AOTF高光谱成像的优点,提出了基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像新方法。详细分析了该方法的工作原理,并结合可购买到的最好超消色差1/4波片中相位延迟和快轴随波长的微小波动,进而分析了该波动对偏振测量的影响,并针对这些影响研究了修正策略。搭建了原理样机,对450~950 nm波段进行了偏振测量,修正后偏振度测量误差≤1%,对偏振方向的测量偏差≤1.8°,以633 nm为例,对其全Stokes参量图像进行了具体原理及修正测量验证实验,结果表明,该新技术原理正确,修正策略可行。该研究可为复杂条件下高精度、高光谱全偏振成像技术提供新的理论和实现方案。

红外超光谱成像偏振计

美国犹他州立大学空间动力学实验室正在制造一台红外超光谱成像偏振计(HIP)。这台红外超光谱成像偏振计是设计用来在2.7μm水波段对来自云顶的反向散射太阳光进行高空间和光谱分辨率偏振测定的,它将装在红外特征技术实验飞行飞机(FISTA)——一架空军KC-135飞机上飞行。这是一台将超光谱推帚式成像技术与高速固态偏振测定方法相结合、尽可能多地采用市场上畅销的元部件并利用一种光学模型设计快速制成原型的原理验证敏感仪。它是以一台窗口可选择的256×320InSb摄像机、一台固态铁电液晶(FLC)偏振计和一个透射式衍射光栅为基础的。

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪偏振响应抑制与测试

为提高陆地生态系统碳监测卫星日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪(简称超光谱探测仪)植被荧光探测精度,需降低光学系统偏振灵敏度,即对超光谱探测仪偏振响应进行抑制。文章利用斯托克斯-穆勒体系对超光谱探测仪光学系统进行偏振特性分析,对前置光学系统引起的偏振响应进行理论分析,从而确定采用双巴比涅消偏器实现全光路消偏的方案;同时对偏振测试系统中主要误差源(即测试系统残余偏振度)的影响进行理论分析,建立了“积分球光源+扩束系统+偏振元件”的低残余偏振度的偏振测试系统,对超光谱探测仪偏振灵敏度进行了测试。测试结果表明,超光谱探测仪偏振度为0.65%,满足高精度植被荧光探测需求。

热红外偏振成像技术在目标识别中的实验研究

简要分析了热红外偏振探测与热红外强度探测在物理含义方面的区别,由此提出了一种利用偏振信息在红外图像中识别目标的新方法。通过热红外偏振成像系统获得了目标的偏振图像,并由计算机提取出了图像中的偏振信息。由于目标与自然背景的热红外偏振特性有较大的差异,所以通过分析这些信息,可以更好的识别目标。实验结果表明,该方法不仅可以很好地识别自然背景中的人造目标,而且对热红外伪装目标的识别也很有效。

基于分体式Sagnac干涉仪的长波红外干涉成像光谱系统

介绍了基于分体式Sagnac干涉仪的静态高通量干涉成像光谱技术的基本原理,设计并实现了长波红外宽波段"等比消偏振"分光膜系,给出了干涉仪尺寸的设计方法并利用TracePro软件验证了设计的干涉光路。使用制冷型和非制冷型探测器对该红外干涉成像光谱仪方案进行了塑料薄膜透过率测试,实验结果与高精度Michelson光谱仪测量值有较高的吻合度,证实了该方案的正确性。最后进行了推扫实验,给出了数据重排、基线校正和"切趾"等数据预处理方法,验证了该系统方案工作模式的可行性。

美国研制出采用微测辐射热计的红外斯托克斯成像偏振仪

在2009年8月于美国加利福尼亚州圣地亚哥召开的“红外系统与光电子技术”SPIE专题会议上，美国亚利桑那大学Michael W．Kudenov等研究人员介绍了他们最新研制的一种基于非致冷微测辐射热计探测器的双相机斯托克斯成像偏振仪。该成像偏振仪工作于7．5μm至13岬波长范围，由两个光学分系统组成，

基于红外光谱偏振度对比度的涂层材质识别研究

为了降低材质红外识别的正确率,较常用的方法是通过在材质表面涂覆涂层,以改变材质的表面发射率。首先通过基于微面元理论的目标材质表面红外辐射偏振传输模型的Stokes表达式,推导分析了目标材质表面发射率对目标材质表面红外偏振特性的影响,结果表明:目标材质表面发射率的改变不影响其表面的红外线偏振度特征;其次,针对材质表面发射率与红外偏振特性的不相关性,文章提出基于光谱偏振度对比度检测涂层材质的方法,并通过相同基底不同表面发射率的涂层材质、不同基底相同发射率的涂层材质的红外高光谱偏振成像特性进行了验证分析,结果表明:改变涂覆材料表面发射率并不影响材质表面的红外光谱偏振度特征;基底材料不同,即使目标材质表面涂覆相同发射率涂层,其表面的光谱偏振度特性将比光谱辐射亮度具有更明显的差异性,研究成果可为红外伪装材质检测识别提供新的途径和方法。

红外成像探测技术发展趋势分析

介绍了红外成像探测技术的发展历史和现状,分析了目标、环境和任务等因素对红外成像探测技术发展的影响,阐述了改变获取信息方式、提升获取信息能力、增强资源利用实现红外成像探测系统技术、体制创新的主要途径,分析了基础理论与相关技术的革命对红外成像探测技术发展的推动作用,归纳了基于由低维度探测到高维度探测演进这一红外成像探测技术发展演变的基本规律,并据此推演了其未来发展趋势,并根据红外成像探测新概念、新技术的发展情况,介绍了今后应关注的技术方向,尤其是通过新颖的光学技术和计算成像等新概念的成像机理来满足新的需求。

弹光调制型成像光谱偏振仪中的高精度偏振信息探测研究

提出了一种基于三弹光调制器的差频偏振调制方法,并结合声光可调谐滤波技术构成了新型弹光调制型成像光谱偏振探测仪(photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter,PEM-ISP).介绍了PEM-ISP及三弹光差频偏振调制方法的基本工作原理,并从PEM-ISP的探测原理出发,通过分析和计算PEM-ISP的Mueller矩阵,推导出了相应的偏振测量公式;通过仿真及实验验证了三弹光差频偏振调制方法的可行性和准确性;最后分析了探测积分步长、采样间隔的选取对偏振测量的影响,对入射视场角、相位延迟幅值等因素所带来的测量误差进行了初步分析.结果表明,1%的相位延迟量误差带来的线偏振度DoLP误差<0.6%.本研究为新型PEM-ISP的遥感探测以及Stokes参量的反演的进一步工程化实现提供了必要的理论依据.

光栅色散型成像光谱仪的偏振校正方法研究

光栅色散型成像光谱仪工作在可见近红外波段,主要用于海洋水色遥感。仪器采用推扫式成像,共设置15个光谱通道,穿轨方向由1024个像元组成,总视场宽度为14.2°。成像仪的各光谱通道对入射光的偏振状态敏感,为了提高大气顶入瞳辐射的测量精度,需要了解仪器的偏振响应特性,包括偏振灵敏度和相位角。发射前搭建了偏振测试系统,测量仪器的偏振灵敏度和相位角,它们是光谱通道和视场像元的函数。其中980nm波段的偏振灵敏度最高,平均值约为4.69%,443nm波段的偏振灵敏度最低,平均值约为1.81%。随着视场的变化,灵敏度呈现中间低,两边高的变化规律。提出成像仪偏振响应校正方法,利用偏振状态已知的入射光进行实验验证,结果表明该方法可将成像光谱仪偏振响应引入的辐射测量不确定度降低1%~6%。

超构材料红外探测芯片的研究进展

在梳理超构材料的概念与发展历程的基础上,着重分析了超构材料对波长、偏振态、相位等电磁波参量的调控作用。结合红外探测芯片及成像系统的发展趋势,介绍了超构材料与红外探测芯片的结合,及其在双色/多色成像、偏振成像、高光谱成像等先进成像模式中的应用,以及国内外相关研究进展。

光谱学 光谱仪器

TH744．1 2005053283 基于AOTF的便携式近红外光谱测量仪=Portable NIR spectrum instrument based on acousto-optic tunable filter [刊,中]／毕卫红(燕山大学光电子工程系．河北,秦皇岛 (066004)),唐予军…∥半导体光电．-2005,26(3)．- 264-266 提出了一种新型的基于声光可调滤光器(AOTF)的便 携式近红外光谱测量仪,该仪器可用于液态食品的组分浓 度的测量。概述了声光可调滤光器的基本工作原理,并详 细介绍了便携式近红外光谱仪的系统结构和组成。对一 组成分含量已知的牛奶的光谱所建立的线性回归模型的 分析表明,该模型具有良好的相关性,满足实际生产的需 要。图6参3(于晓光)

时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪快扫描采样方案

传统的时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的激光采样通过采用单个激光探测器探测激光干涉强度变化生成采样脉冲,其采样原理简单易实现。但该方法无法判断动镜移动的方向,也难以实现高频采样。对时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的采样方案进行了对比分析,并针对快扫描采样方法提出了具体的实施方案。从原理和光路设计上介绍了一种适用于时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的新的采样方法。该方法在传统引入参考激光的基础上,采用偏振的手段将参考激光分为具有固定相位差的两束光,并利用这两束光实现动镜移动方向的判断,以及干涉图样的4倍过采样。从原理上综合考虑了各个光学元件的偏振特性,并将该方法从基于正入射的平面镜推广到斜入射的中空角锥反射镜,扩大了该方法的适用范围,从原理上论证了该方法的可行性。

航空光学工程

《航空光学工程》一书是在参考国内外大量相关资料基础上,由周海宪研究员和程云芳高级工程师编撰而成,并在完成保密审查后,由化学工业出版社正式出版发行。随着现代飞机和近代光学技术的快速发展,各种用途的飞机对机载光学系统工程提出了越来越高的技术要求。航空光学工程的工作波长从可见光成像发展到可见光/近红外/中波红外/长波红外/激光宽波谱成像,光学元件/系统从传统的折射/反射型结构发展到衍射型(包括全息元件和二元光学元件)/光波导型/微纳米型等混合结构,光学系统的成像原理从传统的几何成像理论发展到包括衍射成像、偏振成像和光谱成像等多种成像理论。军用飞机对空/地的攻击能力、昼夜及各种恶劣气候条件下的作战能力、制导武器的成功率、空中告警、目标探测以及作战有效性等方面都有了长足发展。