高光谱偏振成像全Stokes参量获取新方法（英文）

考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、测量精度低、系统结构复杂等特点,提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。从AOTF和LCVR的工作原理出发,介绍了系统的基本探测原理;根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法——该方法选取四个固定的LCVR控制电压,同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制,得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。此外,设计了能够稳定输出均方根为0^+8.72V连续可调方波的LCVR控制器,并对其进行定标,实现了不同波长下光波的精确调制。搭建实验样机,以偏振方向分别为0°,90°和45°的三个偏振片P_1,P_2,P_3作为偏振测量目标,测得了波长为632nm时的全Stokes参量图;以画有夹角为30°的红色、绿色、蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标,对400~750nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5nm)进行光谱成像,得到了与红色、绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。结果表明,该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量,而且系统结构简单、成像质量良好。

弹光调制测Stokes参量研究及仿真

为了获取目标的偏振信息,设计弹光调制(Photoelastic Modulator,PEM)互差频调制的新型偏振测量方法。该方法将三个PEM分别工作于数值略有差异的三个不同的频率上,对偏振光进行差频调制,产生载有偏振信息的低频分量,最后通过锁相放大即可同时实现四个斯托克斯偏振参数测量,斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态。该方法不仅保留了原有弹光调制器偏振测量的优点,并且克服了现有方法无法用阵列探测器有效采集及调制频率高等缺点,同时给出利用MATLAB模拟仿真实现Stokes参量测量的过程。通过理论分析及仿真结果证明了该方法的可行性。

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。

线偏光Stokes参量同步测量系统

设计了一种基于二维光栅分光的线偏光Stokes参量测量系统.将二维正交光栅的4束(±1,±1)级衍射光作为探测光束入射到检偏器阵列的4个单元上,每个单元是具有不同方位角的检偏器,然后由CCD探测器同时探测.利用二维正交光栅、检偏器阵列和面阵CCD探测器实现了同步移相功能.利用CCD探测的4束光强度可以得到线偏光的Stokes参量.实验结果表明,本方案简单易行,测量结果不受光源强度变化的影响.

极化电子与原子散射的广义Stokes参量的实验测量

分析了极化电子与原子散射后的受激原子退激辐射光的广义Stokes参量 ,介绍了Stokes参量的基本概念和实验测量方法并阐明其具体的物理意义 ,为自旋极化电子参与的原子或分子碰撞实验和理论模型的研究奠定基础 .

自旋极化电子原子碰撞激发Stokes参量测量研究

本文简要回顾了自旋极化电子与原子碰撞激发过程Stokes参量测量的研究进展。介绍了Stokes参量测量的理论基础、实验装置及测量方法,通过对典型测量结果的描述,揭示了积分Stokes参量测量研究的物理意义。

用Stokes参量法研究角锥棱镜的偏振特性

角锥棱镜的偏振特性会产生退偏效应影响免调试固体激光器的输出质量和效率,也可以实现相干互注入用于激光合成领域。无论是光的合成还是退偏效应的消除,都需要有精确的偏振特性数据。利用解析几何和光线追迹法从理论上推导出角锥六种光回路的Mueller偏振变换矩阵。为了提高测量精度和稳定性,设计了一种动态检测Stokes参量的方法,通过实验获得角锥棱镜六种传输光路的高精度数据,实验与理论的误差率为4.470%,误差在合理范围内,可以确定其偏振特性。所做研究将有助于消除角锥棱镜的退偏效应,提高免调试固体激光器等设备的性能,提高激光合成效率和质量。

用于Stokes参量调制的磁光系统的研制

本文在分析电磁铁的磁化规律的基础上,基于数控恒流源的原理设计了磁光调制器,该调制器可以很好地避开电磁铁的磁滞和饱和效应,提高相干光Stokes参量的调制速率。通过选择最佳的驱动电流范围,可保证了调制电流与磁感应强度成线性关系。与传统驱动电路相比,采用恒流源驱动可使调制速度提高3倍以上,该系统可以应用于连续变量相干光通信。

旋转波片法测量Stokes参量与Jones矩阵

本文总结了旋转波片法测量偏振光的Stokes参量和偏振元件的Jones矩阵的计算细节,并搭建实验装置对不同电压下液晶盒的Jones矩阵进行了实际测量.

Stokes参量数字全息法实现相位物体成像

为实现对相位物体的无损检测和成像,克服数字同轴全息相位物体成像技术在消除零级像和孪生像的干扰时存在的系列问题,提出一种基于Stokes参量的新的数字同轴全息技术。该方法区别于传统的利用干涉光场来记录原始像项的数字全息方法,通过测量物参光合成光束的Stokes参量来分别得到这两束光的振幅和相位差,从而准确、唯一地获得原始像项;再利用数字再现即可重构物光的振幅和相位信息。实验中对弱吸收的相位样品进行了测量,得到样品清晰的振幅和相位分布。结果表明,采用该方法对相位物体进行数字全息再现,可以克服传统同轴全息图中零级像和共轭像对相位物体信息的严重干扰,对于提取相位物体的振幅和相位信息是可行和有效的。

用Stokes参量法实现数字同轴偏振全息的研究

提出了一种基于Stokes参量的数字同轴偏振全息方法.在实验中用一束线偏振光和一束椭圆偏振光作为参考光,分别与物光进行干涉,通过拍摄在两个相互垂直方向上的全息图,计算出物光在这两个方向的振幅和相位信息,从而得到物光的Stokes参量和物体的全偏振信息,实现对各向异性物体偏振态空间分布的图像重建.实验结果表明,该方法可用于物体的全偏振特性的测量.这种方法在求出物光Stokes参量的同时,也可消除零级像和共轭像的干扰,因此也可用于同轴或离轴全息.

傅里叶分析法求Stokes矢量测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角(英文)

本文提出了一种测量扭曲向列相液晶盒盒厚与扭曲角的新方法,在液晶盒和检偏器之间放置四分之一波片,通过旋转此四分之一波片,测量各个调制点的光强,用傅里叶分析法计算线偏振光穿过液晶盒后的stokes矢量,从而求出液晶盒盒厚以及扭曲角。实验证明,用此方法测量盒厚比较小的液晶盒厚有较高测量精度。另外,此方法也可以应用到单偏振片反射式液晶盒盒厚和扭曲角的测量。

黑子磁场的Stokes光谱反演技术

对太阳大气磁场的可靠测量有助于人们更好地理解太阳活动区内外的许多活动现象,如耀斑的触发和能量释放过程、黑子的形态和黑子大气的平衡、日珥的形成等.由于原子在磁场中的一些能级会产生分裂(Zeeman效应),使对应这些能级的谱线分裂成若干个具有不同偏振特性的分量,因此目前对黑子磁场的测量主要是通过偏振光,即Stokes参量I、Q、U、V的观测来实现的.该文主要介绍近30年来太阳黑子光谱反演的方法以及所取得的成就;同时也对光谱反演和滤光器型的望远镜矢量磁场的测量进行了简单的比较.

基于旋转波片的斯托克斯参量检测与精度分析

用于偏振光学遥感器定标的参考光源,其偏振态的检测精度会直接影响偏振光学遥感器的定标精度,进而影响目标特性的反演水平。选用870 nm波段的水平线偏振光作为被测试的定标参考光源,通过旋转1/4波片(quarter-wave plate,QWP)对其光强进行调制。调制光强可表达为波片快轴旋转角度的傅里叶级数,采用傅里叶变换法反演出级数的系数,根据该系数即可计算出被测试光源的Stokes参量。给出10次测量各参量及偏振度的平均值、标准偏差、合成不确定度以及测量平均值与理论值的相对偏差。为提高测试精度,通过对波片快轴初始定位角度偏差Δα、延迟量偏差Δδ与检偏器透光轴角度偏差Δβ进行分析,提出了偏差修正模型。该模型通过Stokes参量检测偏差随Δδ和Δβ的变化趋势及实际偏差值,确定Δδ和Δβ的大小。结合模拟出的波片快轴初始定位角度偏差Δα,对实验装置加以调整,再次对光源的偏振态进行检测。结果表明,基于该修正模型测得光源的各Stokes参量与理论值最大偏差从未经修正的3.77%降低至1.41%。证实了基于本实验的原理、装置、测量方法及所提出的偏差修正模型可有效提高定标参考光源偏振态检测的精度。

空间静态偏振调制干涉光谱系统的设计与仿真

为了更好地获取目标物的光谱偏振信息,设计了一套空间静态偏振调制干涉光谱系统。该系统结合了空间外差光谱和偏振光谱强度调制技术,只需一次采样便可同步获取目标的分辨偏振光谱信息以及高光谱分辨率的Stokes矢量偏振光谱。首先从偏振光谱强度调制和空间外差光谱仪的光学理论入手,对该系统的光谱信息采集和偏振信息调制解调过程进行数学推导。然后根据调制模块中高阶相位延迟器的厚度与光谱仪带宽之间的对应关系,发现现有的光谱仪带宽过窄,导致延迟器厚度过大,无法适应宽波段的光谱测量需求。结合延迟器厚度与光谱复原分辨率的约束关系,在极限厚度下得出了空间外差光谱仪的最小拓宽光谱范围。最后根据改进的参数匹配设计,对探测过程进行了计算机数值模拟。研究结果表明:在空间外差光谱仪的最小拓宽工作波段内,对CCD探测器记录的干涉图进行基于傅里叶变换的解调处理,能够高保真地复原输入光信号的Stokes参量的偏振光谱信息,从而验证了该系统的可行性。

采用中波红外偏振成像的目标探测实验

目前国内红外偏振成像技术的研究尚处于初步的实验阶段,需要开展具有针对性的红外偏振成像实验,以支撑红外偏振成像理论和技术的研究。基于高灵敏度的中波制冷焦平面探测器,搭建了中波红外偏振成像系统,并针对特定场景中的典型目标,开展了红外偏振成像实验,获得了有效的实验数据和成像规律,并基于HSV颜色空间对偏振信息图像进行了融合再现实验研究。结果表明:中波偏振热成像可突出光滑表面的轮廓及金属与水泥构件等的差异,有利于对隐藏目标和伪装目标的探测与识别;利用彩色图像融合方法融合热辐射强度、偏振度和偏振角图像是一种可行的偏振图像再现方式,能够综合反映偏振热成像的有效信息。

基于声光滤光和液晶相位调谐的高光谱全偏振成像新技术

为了获取高光谱分辨率、高空间分辨率、高偏振精度、高信噪比和稳定性好的全部Stokes参量光谱图像,考虑到声光可调谐滤光器(acousto-optical tunable filter,AOTF)的±1级衍射光的正交特性,提出用一个AOTF滤光,一个液晶可变延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR)进行相位调制和两个CCD相机分别对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像新技术.从所采用的光学元件的穆勒矩阵出发,阐述了该技术的基本工作原理;理论分析表明,LCVR不但不会影响到第一个Stokes参量的探测精度,而且后3个Stokes参量的相对误差分别优于0.064%,0.31%和3.97%;利用原理样机获取了450—700 nm、光谱带宽为10 nm的26个光谱通道的图像数据,成像质量良好;以工作波长为600 nm的入射光为例,对其全部Stokes参量图像进行了具体分析讨论.结果表明,该新技术原理正确,方案可行.该研究可为光谱偏振成像技术提供新的理论和实现方案.

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。

基于双AOTF的新型成像光谱偏振探测系统

声光可调谐滤波器(AOTF)具有体积小、波长稳定性好、扫描范围宽、调制速度快等优点,在光谱成像中被广泛应用,但单独采用AOTF的成像光谱偏振探测还较少。为此提出只采用两个AOTF的成像光谱偏振探测新方法。该方法首先通过分束镜将入射光分成两束,两束光分别通过两个AOTF,而两个AOTF的正一级衍射光的偏振方向互成45°,由于AOTF的正一级衍射光的偏振方向互相垂直,因此两个AOTF的正负一级分别可得到0°,45°,90°和135°的光强,在测量中需保持两个AOTF的滤光所对应的波长完全相等。最后通过对两个AOTF的正负一级衍射成像,最终得到Stokes偏振信息中S0(0°和90°光强和)、S_1(0°和90°光强差)和S_2(45°和135°光强差),结合相应的理论公式对被测目标的线偏振度(DoLP)和线偏振角(AoLP)实现成像。再通过对AOTF的射频驱动进行扫频,实现对被测目标不同波长偏振成像,最终实现成像光谱偏振探测。并通过对500,550和600nm偏振成像进行实验验证。该方法具有无运动部件、无需转动、一次测量同时获得成像光谱偏振信息的优点。

相关型全极化辐射计研究

全极化微波辐射计对海洋风场的测量和研究具有重要意义。全极化微波辐射计通过测量目标的Stokes矢量来得到目标的全部极化信息,这对传统的海洋风场测量是一种有效的补充。全极化辐射计主要包括组合型和直接相关型两种类型,通过着重介绍直接相关型极化辐射计,给出了相关型辐射计的系统框图并从原理上对其进行了分析。任何微波测量都离不开定标,对全极化微波辐射计的定标原理和硬件实现技术也作了详细介绍。