气溶胶偏振探测仪偏振特性分析

为了确定非理想透镜组偏振效应和偏振片的透过轴角度误差对气溶胶偏振探测仪偏振测量精度的影响,首先,利用Jones矩阵描述透镜组的偏振效应,结合入射光相干矩阵推导了气溶胶偏振探测仪前置光学透镜组的起偏度;其次,利用Mueller矩阵方法推导了综合考虑入射光偏振态、透镜组起偏效应和偏振片透过轴方位角误差影响下的气溶胶偏振探测仪的偏振测量误差;最后,通过计算得到透镜组的起偏度和仪器的绝对偏振度测量误差。根据计算,0.67 μm通道透镜组最大起偏度和仪器最大绝对偏振测量误差分别是0.3143和0.2838;1.64 μm通道透镜组最大起偏度和仪器最大绝对偏振测量误差分别是0.3249和0.2937。结果显示,仪器的主要误差源是非理想透镜组的偏振效应,未经标定的气溶胶偏振测量仪存在严重的测量误差。     

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。     

分振幅光偏振探测系统多点定标方法

探测性能决定了偏振遥感系统的解析精度,但分振幅系统因多种因素引入的仪器偏振使解析精度的提高受到限制。在分析测量原理的基础上,研究了分振幅光偏振探测系统测量矩阵的多点定标方法,推导了偏振方位角等间隔取样偏振定标的条件;通过平台搭建与比较实验,利用多点定标方法测量了航空多角度偏振辐射计（AMPR）的穆勒矩阵,分析了测量结果的不确定性。结果表明,定标后的AMPR测量误差0.5%、不确定度0.5%,满足遥感系统的探测要求,证明了多点定标方法的可行性。     

荧光偏振短距激光雷达测量生物战剂/气溶胶

基于激光诱导荧光（LIF）原理和弹性散射作用于非球形粒子上产生的偏振特性,设计研制了短距测量荧光和偏振激光雷达:采用了三个激光光源、两个接收望远镜、一个退偏组件和一个荧光光谱特征分析光谱仪,设计遥测探测距离为200 m至数千米。荧光测量采用了Nd:YAG激光器的三倍频355 nm和4倍频266 nm输出,激光束脉冲宽度约为6 ns,重复频率为20 Hz,荧光接收光学及光谱分析子系统由25.0 mm口径的f/4牛顿望远镜,车尔尼特纳光谱仪和32通道的光电倍增管（PMT）等组件组成;偏振和弹性散射信号由孔径12.5 mm的卡塞格林望远镜接收。荧光测量的信噪比仿真计算表明:以最小SNR=10作为参照,在1 km距离上,白天探测不到数浓度为10 000个/升的战剂云团,但在夜间则可以获得较好的信号强度;偏振测量结果初步分析表明:（1）退偏比表现出较强的波长依赖性;（2）多波长退偏比测量可以显著提高生物战剂的鉴别能力。     

光栅成像位置传感器中的偏振调制技术

提出了一种用于光栅成像位置传感器的偏振调制技术,利用米勒矩阵对其调制原理进行了详细的分析。该偏振调制器主要由起偏器、萨伐尔板、两块1/4波片、光弹调制器和检偏器构成。起偏器、萨伐尔板置于探测光栅之前,在探测光栅位置上形成两个错位的偏振方向正交的像光栅。两块1/4波片、光弹调制器和检偏器置于探测光栅之后,实现对莫尔信号的高频调制。该偏振调制技术消除了光源光强波动和电路增益变化引入的测量误差,抑制了杂散光、探测器噪声对测量结果的影响。实验验证了该偏振调制技术的有效性,结果表明这一技术使光栅成像位移传感器获得了优于12 nm的重复测量精度。     

0.94 μm差分吸收激光雷达地基工作的进展

为了更好地探测对流层大气水汽的垂直廓线,对已经建立的935 nm差分吸收激光雷达进行了部分改进。采取双通道接收的措施,近场通道望远镜同时也是发射激光的扩束器,近场通道采用偏振分束器加四分之一波片的方式隔离发射光和回波光,远场通道（主通道）采用平行旁轴的卡塞格林望远镜,从而减小激光雷达近地面盲区;发射机的双波长挪到936.0~936.5 nm之间,增加了注入种子激光的功率,提高发射光谱纯度,从而提高探测精度。探测范围从600~2 000 m,延展到250~3 000 m,随机误差5%。     

气溶胶偏振探测仪检偏器方位角优化

非理想透镜组的偏振效应引起偏振测量系统的测量矩阵改变,导致系统最佳配置漂移.为了最大化气溶胶偏振探测仪的信噪比,利用Jones矩阵的方法计算前置光学透镜组的起偏度,并分别以系统分析矩阵的条件数和参数Tr(BBT)为优化参数对检偏器的放置角度进行优化.经过优化,得到检偏器的最佳方位角,在670 nm通道系统分析矩阵的条件数由1.836 0降为1.689 4,在1 641 nm通道系统分析矩阵的条件数由1.977 7降为1.771 4.结果表明,两种优化方法的结果基本一致,经过优化之后两个偏振测量通道的信噪比都提升10%左右.     

小视场大气温湿度探测的拉曼激光雷达的设计与仿真

太阳光背景辐射严重影响拉曼激光雷达白天探测的性能。为提高拉曼激光雷达白天探测的高度和精度,设计了激光波长为354.8 nm的拉曼激光雷达系统,讨论了354.8 nm和532 nm激光光源对拉曼激光雷达探测性能的影响,完成了系统的光路设计。偏振分光棱镜和1/4波片组成的光开关与收发合置的望远镜相结合,减小了系统的接收视场角,优化了白天探测的性能。以最小的温度不确定度为标准,通过仿真分析选取了转动拉曼通道干涉滤光片的各项参数,并对系统的探测性能进行了仿真。仿真过程中激光能量取200 mJ,频率50 Hz,积分时间20 min,距离分辨率105 m。收发合置的拉曼激光雷达系统在考虑退偏的情况下,白天探测的温度不确定度在3180 m以下小于1 K。白天探测水汽混合比的统计误差在2400 m以下,小于0.001 g/kg。仿真结果表明,白天探测的性能得到了一定程度的提高。     

薄膜偏振分光镜的优化设计与实验

采用矩阵法推导了规整膜系的等效导纳并计算出中心波长的反射率,重点分析了P偏振光的有效导纳与折射率之间的关系,说明了膜系对高、低折射率的灵敏度是不同的;给出了设计薄膜偏振分光镜需满足的公式组,突破了Mac Neille公式的限制;介绍了调节有效导纳值的膜层置换法,可有效抑制P光的反射峰。模拟与实验结果表明,在170 nm范围内,消光比大于1 000:1。     

宽波段7:3 消偏振分光膜的设计及镀制

分光膜在倾斜使用时会存在较强的偏振效应,通常采用各种措施来减小这种偏振效应的影响,但基本上只能在单一波长或较窄波段范围内实现消偏振分光,其波段范围几乎不超过50 nm。根据设计要求运用解析法设计出一个合适的初始膜系,再在所设计的初始膜系基础上,运用TFCalc膜系设计软件采用解析法、Needle和变尺度优化法综合设计了45入射1 260～1 360 nm波段7:3消偏振分光膜,分析了该设计膜系的监控曲线以评价其可镀制性,并采用德国莱宝APS1104型镀膜机对所设计的膜系进行了实际镀制,获得了性能优良的45入射宽波段7:3消偏振分光膜。     

铌酸锂晶体倍频光偏振态的理论分析

经过铌酸锂晶体倍频后的输出光,其各向异性因离散角较小,在较短的晶体中两个偏振光并不完全分离,所以仍然存在偏振态问题.从晶体的主轴坐标系出发,得到了任意通光方向的铌酸锂晶体(LN)的二阶非线性电极化系数矩阵和倍频光偏振态的表达式.对1 064 nm基频o光产生的倍频光偏振态进行了仿真计算,结果表明:在庞加莱球上,波矢与光...     

偏振傅里叶变换红外光谱仪定标研究

利用偏振傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪测量目标红外偏振特性,需要对偏振FTIR光谱仪进行定标,计算出红外辐射目标的绝对光谱能量分布。利用黑体进行偏振FTIR光谱仪定标时,发现不同偏振检测方向的仪器响应有一定偏差,即仪器存在偏振敏感性。通过对仪器偏振特性的定标检测,得到仪器偏振响应函数和偏置特性曲线,应用定标结果,将会消除红外偏振仪器自身的偏振敏感性对目标偏振特性的影响,为提高目标的红外偏振探测精度打下基础。     

多角度偏振成像仪系统级偏振定标方法研究

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5\%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05\%,验证了宽视场偏振遥感器偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。     

半导体光放大器的偏振调制特性研究

首先理论分析了半导体光放大器的非线性偏振调制（PolM）效应,导出了稳态条件下SOA的偏振转换矩阵。通过数值仿真,描述了包括非线性自偏振调制（SPolM）、互偏振调制（XPolM）导致的偏振态在庞加球上的变化形态。计算结果表明,SOA偏振调制效应表现为偏振旋转特性,偏振旋转的大小由入射光强和偏振态决定,旋转结果表现为输出光中的TM模分量增加,而TE模分量下降。文章同时讨论了SOA驱动电流变化对PolM效应的影响以及由其引起的电光偏振调制（IPolM）效应,并仿真得出了电流变化导致的输出光偏振态的变化轨迹。     

方位角控制型偏振控制器的分析与研究

文章研究了λ/4波片-λ/2波片-λ/4波片(QHQ)型方位角控制偏振控制器的控制算法,通过仿真实验验证了该算法的遍历性.分析研究了QHQ型偏振控制器的波片方位角误差和输入波长误差对偏振态转化精度的影响,并进行了仿真.误差分析结果对研究偏振控制器的误差补偿以及提高偏振控制器的精度具有指导意义.     

中波红外集成偏振光栅结构参数对偏振性能影响仿真分析

中红外集成偏振焦平面探测技术将偏振探测技术与中波红外焦平面成像探测技术融合,通过异质集成的方式实现偏振光栅和探测器的单片集成,具有体积小、质量轻,机械稳定性高等优势,可实现多偏振方向的同时成像。像元级的亚波长金属光栅可实现不同偏振方向的高消光比,然而金属材料的选择、光栅的周期、占空比、厚度等参数均会影响偏振探测器的偏振性能。给出了亚波长金属光栅的理论分析,建立了中波红外集成偏振HgCdTe探测器的偏振性能仿真模型,对不同光栅参数对探测器偏振性能影响进行了仿真分析,确定了Al光栅周期200~400 nm,占空比0.5~0.7,厚度＞100 nm的参数选择。仿真分析得到在±14°入射角范围内,偏振消光比变化较小。同时,引入了Si基HgCdTe探测器,仿真分析了SiO₂增透膜厚度对偏振消光比的影响,确定了SiO₂最佳厚度在500 nm附近,对Si基和CdZnTe衬底集成偏振HgCdTe探测器的消光比进行比对,得出了Si基探测器偏振性能更优。仿真结果可为中波红外集成偏振HgCdTe探测器偏振光栅的设计提供理论指导和参考。     

偏振分光法光信噪比监测技术研究

偏振分光法是基于偏振特性分离信号和噪声的光信噪比(OSNR)监测技术,光纤的非线性效应和偏振模色散会引起传输信号偏振态的改变,影响OSNR的测量准确性.在介绍偏振分光法工作原理和设计流程的基础上,定量分析了非线性效应对偏振分光法测量精度的影响,最后提出了一种附加光滤波器的双通带偏振分光法OSNR测量方案,仿真实验证明该测量方法可提高OSNR的测量精度.     

同时偏振成像仪检偏方位校正研究

同时偏振成像探测技术是近年发展起来的新型遥感探测技术,该技术采用分振幅方式,在同一个探测器上同时获得被探测目标0、45、90、135四个偏振方向的偏振强度图。这四个检偏方位受到仪器自身偏振效应、偏振器件误差和膜层的影响会发生偏离,为了保证偏振探测精度,对系统的四个检偏方位采用Equator-Poles 定标和曲线拟合的方法进行校正,两种方法测量结果一致性在0.4%以内。线偏振度实测精度与理论分析精度都在2%以内,这验证了检偏方位校正的有效性。     

斯托克斯光偏振态测量系统的优化

为了满足光偏振态分振幅测量模块（DOAP）对分光棱镜复杂且严格的加工要求,采用在经典DOAP透射光路及反射光路各引入一块波片的方法,组成改进后的光偏振态测量模块。推导了新的仪器矩阵表达式,通过分析波片参量对仪器矩阵条件数的影响,得到了最佳波片的参量及其关系。结果表明,优化后的斯托克斯椭偏仪测量薄膜样品的厚度和折射率的标准差分别为0.1nm和0.001。通过选择波片的最佳方位角或相位延迟量可以实现斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的优化,从而提高系统的测量稳定性及可靠性。     

星载偏振扫描仪的星上偏振定标方法

为保障偏振扫描仪长期在轨的偏振测量精度,研究了偏振扫描仪的星上偏振定标原理与方法。首先,针对分孔径和分振幅的技术特点,结合实际的误差来源,理论推导了系统探测矩阵;其次,根据仪器参数,利用已知偏振态的线偏振光和非偏振光,推导了星上偏振定标方程;然后,设计了用于星上偏振定标的线偏振定标器和非偏振定标器;最后,提出了利用已知偏振度的太阳漫射板辐射定标数据来校正偏振扫描仪的低偏振度测量精度和稳定性。所提出的星上偏振定标方法具有高精度、高频次、高效率等特点,可满足长期在轨偏振测量精度为0.005的应用需求。