基于偏振信息反演土壤湿度的方法

为了实现基于偏振信息反演土壤湿度的目的,建立了土壤表面的偏振反射模型,并在可见光波段内开展了土壤湿度与反射光偏振信息的实验研究。首先,根据几何光学理论和测量数据建立了土壤表面的偏振反射模型。其次,制备了不同湿度的土壤样品,搭建了实验平台,并在多种入射观测条件下,使用高精度偏振成像探测系统获取了样品的偏振信息。然后,对实验数据进行分析来验证模型。最后,建立了模型中微面元坡度均方差、漫反射等效系数和折射率三个参数与土壤湿度的定量关系,利用定量关系来反演土壤湿度,并在476 nm波段上,对湿度为26.0%的土壤样品进行室内偏振探测实验。结果表明:根据文中反演方法得出土壤湿度为24.73%,误差为4.88%,证实了文中所提出的土壤湿度反演方法的正确性和可行性。     

地物散射光偏振特性研究

利用镜面反射模型,在可见光和近红外波段内,在自然光照条件下,对铝板和水泥地面对s光和p光的反射率以及反射光的偏振度、光强对比度和偏振对比度进行了理论推导和数值计算。研究表明,在自然光照条件下,目标的偏振特性来源于其对8光和p光反射能力的差异,这种差异受到入射角度、入射波长、目标表面的粗糙度以及目标表面材料折射率等因素的影响,并直接影响着目标和背景反射光光强对比度和偏振对比度的大小。目标与背景材料表面特性的研究对复杂背景下目标的有效探测具有重要的理论意义和应用价值。     

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。     

可见至近红外波段多通道偏振辐射计的研制

设计了一种多通道偏振辐射计,系统采用固定滤光片、旋转偏振片的方法获取目标多波段偏振信息,双集束结构将偏振辐射计的波段范围从可见扩展至近红外和短波红外.重点阐述了系统的结构原理及各个模块的设计与实现方法,给出了偏振辐射计检测积分球直接输出和积分球加起偏器后输出光束的偏振度值,以验证偏振辐射计的偏振测量精度.检测结果表明,该多通道偏振辐射计的偏振测量精度优于2%,基本达到了系统设计要求.     

多壁碳纳米管薄膜在THz波段的传输与偏振特性

利用化学气相沉积法制备了三种类型多个超有序排列的多壁碳纳米管薄膜样品,通过太赫兹时域光谱技术,获取相位和振幅信息,详细研究了薄膜在太赫兹波段的传输特性。结果表明:超有序多壁碳纳米管薄膜在纳米管轴向方向与垂直于轴向方向表现出明显的光、电各向异性特性;测试的介电常数实部为负,虚部为正,证实了制备的薄膜具有金属性;薄膜具有的各向异性为研究其偏振特性提供了直接证据,随着薄膜厚度的增加,偏振度和消光比增加,其9 m厚的自由薄膜度可以获得99%的偏振度。研究结果对开展超有序多壁碳纳米管薄膜在太赫兹偏振器、调制器与光开关等领域的研究有重要指导意义。     

基于水面特征波纹的潜艇多波段光电偏振成像探测性仿真研究

潜艇探测技术是海疆国防急需的关键技术,潜艇的“直接”和“间接”成像探测往往都涉及到水面波纹的检测问题。基于偏振成像的探测方法能有效地探测水面的三维波纹面形,其中对水面偏振特性的检测与计算是面形重建的重要一环。建立了水面光电偏振模型,对不同气象条件、水温下昼夜可见光与红外波段水面偏振特性进行了仿真分析,结果显示水面可见光和短波红外波段偏振主要是s偏振,中波/长波红外波段偏振是p偏振;随着入射角的增大,偏振度先增大后减小,且水面红外偏振度随着温度的升高而增大。搭建了基于Stokes矢量的偏振成像检测系统,对可见光波段、中波红外和长波红外波段的水面偏振度进行了实验测量,仿真结果与测量结果基本一致,证明了光电偏振探测模型的有效性。分析了常见波段偏振成像探测的特点,可为水面偏振特性的分析及计算提供理论仿真和实验方法。     

偏振光谱仪偏振探测精度分析

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求。     

红外偏振探测的机理

偏振探测技术已经成为一种重要的探测手段,其机理研究对红外偏振探测的实际应用和结果分析具有重要的理论指导意义.综述了偏振产生的机理,如反射、热辐射和散射,分析了物体的表面特性如粗糙度、色泽和电导率等对光的偏振特性的影响,并借助多人的实验加以辅证.发现当入射角等于布儒斯特角时,反射光的线偏振度达到最大值;多次散射使光的偏振方向不断偏转,经统计平均后降低了反射或散射光的偏振度;亮的粗糙表面的反射光以多次反射为主,表现出较小的线偏振度;通过检测反射光偏振角的相位差可以确定目标是金属还是绝缘体.     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

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。     

中波红外土壤含水量的光谱偏振特性

考虑到中波红外偏振遥感受大气干扰影响较弱,将其应用于土壤含水量监测具有独特的优势和重要意义。采用中波红外光谱偏振探测手段,对不同含水量的土壤表面进行了观测,结果表明,含水土壤表面自身热辐射的偏振特性很弱,其偏振特性主要是由太阳光反射所引起,并在太阳光较强的波段上,土壤表面的偏振度与土壤含水量存在单调递增关系,为土壤含水量的航空和卫星中波红外偏振遥感技术发展提供了科学依据。     

涂层材料的偏振光谱反射特性分析

绿色涂层是重要的军事伪装材料。本文基于偏振探测理论,通过高光谱反射偏振实验测量,对比分析了深绿与中绿两种涂层材料的反射与偏振特性,得到了它们的二向反射函数、线偏振度随波长的变化规律,以及二向反射函数BRF与线偏振度DOLP之间的相互关系。结果表明:(1)相比近红外波段,两种涂层在可见光波段的BRF差异较明显,镜面反射的探测角较容易区分两种涂层;(2)当入射角不变时,涂层线偏振度随着探测角增大而增大;随着入射角的减少(或镜面反射的探测角减小),深绿与中绿涂层的DOLP差异增大;(3)涂层的BRF与DOLP的变化在400~1000 nm波段具有负相关性。     

水面溢油可见/近红外偏振光检测方法研究

在前期水面溢油偏振光检测方法的基础上,分析了液面反射光偏振状态在邦加球中的变化,给出了这种测量方法的物理分析。该方法以线偏振光作为入射光源,在入射光的布儒斯特角附近,利用反射光偏振状态在邦加球中轨迹的不同,达到检测不同种类油、水以及不同厚度油膜的目的。进一步以650,850,1064,1310,1550nm可见/近红外波长线偏振光以及不同油种做了实验,实验结果与物理分析一致。     

Compact electro-optic polarization scramblers for opticallyamplified lightwave systems

Fast polarization scramblers have become important components in optically amplified transoceanic communication systems to eliminate anisotropic gain saturation (polarization hole burning) in the erbium-doped fiber amplifiers by depolarizing the launched optical carrier. This paper reviews the operation and implementation of compact electro-optic polarization scramblers on x-cut and z-cut lithium niobate. These integrated-optic devices employ low-loss single-mode waveguides and allow polarization modulation at variable frequencies ranging from a few 100 Hz to more than 10 GHz. We describe simple linear phase retarders that depolarize light in a fixed, well-maintained polarization state as well as cascaded multi-stage scramblers that are capable of depolarizing arbitrarily polarized light. These scramblers can be operated over a broad optical bandwidth of more than 40 nm with less than 5% residual degree of polarization and are further wavelength-tunable over more than 100 nm     

细胞培养用品光透射规律的研究

应用紫外分光光度计对细胞培养板盖及培养液的光透射规律进行了初步观察。结果显示，200－280nm波长范围的光很难透过培养板盖（透射率仅2％－10％），对400－800nm波长范围光的透过率达84％左右，含小牛血清和未含小牛血清的PRMI细胞培养液对600－800nm波长范围的光透过较高（透射率分别为78％左右，81％左右），对小于600nm波长的光透过较弱。     

掺钕保偏光纤激光器腔内倍频实验研究

从双包层光纤激光器的速率方程和光传输方程出发,数值模拟得到泵浦功率20 W时最佳增益光纤长度。在此基础上,采用线型直腔结构,通过透镜耦合的方式,用808 nm半导体激光器对掺Nd3+熊猫型保偏双包层光纤进行端面泵浦,获得1060 nm连续偏振的基频光输出,其线宽小于5 nm,光-光转换效率达到50%;之后,采用腔内插入KTP晶体的方式对基频光进行倍频获得530 nm的绿光输出,其线宽小于3 nm,倍频效率达到20%。在20 W的入纤功率泵浦下,得到2 W的530 nm连续绿光输出。     

多波段偏振成像仪的实验室定标研究

介绍一种多波段偏振成像仪的集成设计及实验室偏振定标方案。通过可调偏振度光源验 证仪器偏振定标精度,在10°视场内,当光源偏振度低于0.6时,仪器490 nm通道 偏振度测量相对误差优于1.6%, 670 nm通道偏振度测量相对误差优于1.7%。设计了多波 段偏振成像仪的系统软件,详细介绍了各个功能模块及自动化观测算法,通过敦煌辐射校正场 外场试验,验证了仪器野外运行的稳定性以及系统软件设计的合理性与实用性。     

Analysis of the POLDER polarization measurements performed overcloud covers

The POLDER instrument is designed to provide wide field of view bidimensional images in polarized light. During campaigns of the airborne version of the instrument, images of homogeneous cloud fields were acquired in polarized bands centered at 450 and 850 nm. The polarization of these images is analyzed. The bidirectional polarization distribution function measured in the 850 nm band is shown to make evident the liquid phase of the cloud droplets, by the large characteristic polarization of the cloudbows detected in backward scattering directions. The sensitivity of this feature to cloud parameters is discussed. On the contrary, for observation directions at about 90°-100° from the Sun, the cloud polarization is negligible. In these directions, the polarized light observed in the 450 nm band is characteristic of the molecular scattering about the cloud, which allows the cloud top altitude to be derived. The feasibility of the method is analyzed and is tested on cloud pictures acquired at different altitudes above cloud fields