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PSIM的偏振光谱仪集成实验样机

为了将偏振光谱强度调制(Polarization spectral intensity modulation, PSIM)技术应用于室外目标 的偏振遥感测量,在PSIM偏振光谱仪实验室搭台实验基础上,开展了PSIM实验样机一体化集成设计。 首先,将由格兰泰勒棱镜和两块高阶石英晶体延迟器构成的调制器按照原理要求集成安装成一个组件, 再将该组件安装到光栅光谱仪的光学头部,完成PSIM偏振光谱仪系统的硬件一体化设计。利用交互式数据 语言(Interactive data language, IDL)程序设计语言编写程序,将文件读写、数据处理及结果显示等功能 集成在统一的用户界面中,实现了PSIM偏振光谱仪系统数据处理算法软件的一体化设计。最后,通过测量 解析水平和垂直线偏振光的全Stokes矢量元素谱定性验证了实验样机的测量能力;利用偏振定标系统完成 了集成实验样机的偏振定标。实验数据处理结果表明：实验样机能够实现待测光全Stokes矢量元素谱的同步获取; 偏振定标盒输出光的全谱段偏振度值,实验样机的测量结果与理论输出结果间的最大误差约为0.003。实现了集成实验样机的设计目标。     

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.     

基于强度调制的编码孔径光谱偏振测量方法

为实现在单次成像条件下获取图像的光谱偏振信息,提出了一种基于强度调制的编码孔径测量方法。该方法采用消色差1/4波片、多级相位延迟器和检偏器组成的光谱偏振强度调制模块,将入射光的Stokes参量各元素谱调制到不同的频率上,利用编码孔径和色散棱镜组成的光谱成像系统对该调制光谱进行压缩编码,并通过CCD进行探测。利用TwIST算法重构出经调制的光谱信息,对各个频谱通道进行分离重构出Stokes元素谱。以单一像素点为例,对入射光强度调制、光谱重构及Stokes参量的解调进行了数值模拟。结果表明:该方法可实现对稀疏图像的光谱偏振信息的获取,该过程仅需对图像进行一次测量,因此具备高速获取能力。     

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。     

基于PSIM技术的偏振光谱仪测量数据处理方法

偏振光谱强度调制（PSIM）是一种先进的偏振光谱测量技术,测量数据处理是PSIM偏振光谱仪解析待测光偏振光谱信息的关键环节。论文从PSIM技术的调制、解调机理出发,结合相关数字信号处理理论,给出了从PSIM偏振光谱仪系统的测量数据中,解析待测光四个Stokes矢量元素谱的数学原理,建立了PSIM偏振光谱仪的测量数据处理流程。搭建了PSIM偏振光谱仪实验装置,分别对平行光管直接输出光信号及平行光管加透光轴水平方向偏振片后输出的光信号进行了测量实验。利用建立的PSIM偏振光谱仪测量数据处理流程,对实验装置的测量数据进行了偏振光谱信息解析处理,处理结果与理论分析结果间良好的一致性,验证了PSIM偏振光谱仪系统数据处理方法的正确性。     

海面环境中红外偏振成像系统作用距离模型

诸多实验证明海面辐射具有偏振特性,目前还没有有效的红外偏振成像系统的海面目标探测能力的相关理论。利用T. Elfouhaily提出的海浪方向谱模型反演出海浪高度分布;通过一种基于Monte-Carlo光线逆追踪的方法分析了海面的红外偏振辐射特性;根据Stokes矢量分量的噪声特性建立了Stokes矢量各分量的最小可分辨温差值(MRTD)计算方法;并在此基础上,利用Stokes矢量分量的MRTD与场景的表观温差(ATD)的差异建立了海面环境中的红外偏振成像系统作用距离模型。     

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.     

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。     

同时测量氢和氧CARS谱的新方法

提出一种仅需一台染料激光器即可同时测量火焰中氢和氧的CARS谱的新方法.取带宽为120cm~(-1).中心波长位于580.4nm的Stokes光束与532nm的泵浦光束相配合.同时测量氢扩散火焰中的氢和氧的CARS谱.用氢的S(6)和S(5)的积分强度比确定火焰中的温度并与氮的Q支CARS谱测量的温度和经过热损耗修正的热电偶测得的温度取得了相当好的一致结果.一次测出氢和氧的CARS谱.避免多次测量中参数的难以重复性.提高了以温度为参数来确定浓度的准确性.     

基于DMD的近红外光谱仪的研究

数字微镜器件（Digital Micromirror Device,DMD）作为一种新型的空间光调制器,具有分辨率高、生产成本低、加工效率高等优点,使用起来非常灵活,因此实验室搭建了基于DMD的近红外光谱仪。首先,介绍了DMD近红外光谱仪的基本工作原理。其次,对该光谱仪进行了波长标定,提出基于同一样品吸光度曲线相关系数的方法对其进行了波长台间差标准化,使得波长的台间差在理论上小于0.1 nm,在模型转移时符合要求。又通过在强光与弱光条件下对其噪声与信噪比的测试实验对比得出DMD近红外光谱仪不同编码模版的选择准则:在强光条件下扫描方法优于阿达玛方法,在弱光条件下相反。最后,利用该光谱仪对实际样品汽油和柴油进行检测,测试结果表明该光谱仪性能稳定。该DMD近红外光谱仪检测波长范围为1 330~2 500 nm,吸光度偏差小于等于0.000 4 AU。     

线阵CCD紫外光谱仪的波长定标研究

波长定标的精度是衡量光谱仪的重要 指标之一。鉴于其重要性,研究了线阵电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)紫外光谱仪的波长定 标,并完整地给出了一种波长定标方法(包括噪声扣除、谱 峰定位和波长拟合三部分)。针对暗噪声影响光谱信号的问 题,提出了一种利用非曝光像元扣除暗噪声的方法;针对谱峰漂移 的问题,提出了一种基于权重窄窗差分的谱峰定位方法;针对单一光 源特征谱线数量不足的问题,提出了一种多波段波长拟合方法。实 验结果表明,本文方法的波长定标精度在0.6 nm之内,关键波长点 上的定标精度在0.01 nm之内,具有定标精度高、复杂度低等优 点,因此可用于紫外光谱仪的波长定标。     

基于二次相位超表面的大视场紧凑型全Stokes偏振测量方法

偏振是光的固有属性之一,然而传统的光强、光谱探测技术会造成电磁波的偏振信息的丢失。同时,基于偏振测量的器件及技术不仅存在视场局限的问题,而且系统复杂。基于介质型超表面设计了一种紧凑型大视场偏振探测器件,实现了对入射光的角度及偏振态的探测。该器件由2×2的二次相位超表面组成,每个超表面可实现对特定偏振的对称性变换,即将入射角旋转对称性转变为焦平面内焦点平移对称性。二次相位的对称性变换理论使得此文可以在宽角度范围内（-40°~+40°）通过测量焦点的偏移量实现对入射角的表征。在此基础上,分析了斜入射对测量Stokes参数的影响,得到矫正的Stokes公式。利用4个焦点的强度和矫正的Stokes公式可计算出入射光的Stokes参数。在视场角为0°、20°、40°时,测量的Stokes参数与理论值吻合良好。     

数字微镜Hadamard变换光谱仪光谱反演矩阵标定及实验

国内外对DMD空间光调制的Hadamard变换成像光谱仪做了大量的理论研究和实验验证,但这项技术的研究还不够成熟,很多问题需要进一步的研究。在这种光谱仪中每个像素点色散光谱的编码矩阵互不相同。通过比较激光编码图像灰度值的变化并结合S矩阵元素的变化规律,提出了一种光谱反演矩阵的标定方法。以七阶左移循环S矩阵为例设计编码模板,通过两组成像实验对光谱反演结果进行了验证。在第一组实验中,将一束激光波长为632.8 nm激光导入光谱仪中,光谱仪的光谱响应范围为550~680 nm,632.8 nm在第五个波段范围626~644 nm之内理论上只有波段范围为626~644 nm的第五幅光谱图像是明亮的,其余的图像没有能量分布,实际的实验结果与理论上的分析相吻合。在第二组实验中,让光谱仪对一个彩色蝴蝶模型进行成像,在反演后得到的光谱图像上提取两个测试点的光谱曲线,与用辐射度计提取的光谱特性曲线进行对比分析,实验结果表明反演所得的光谱曲线与辐射度提取的光谱特性曲线基本一致。两组光谱反演的实验结果验证了所提出的光谱反演矩阵标定方法的有效性。     

基于相位调制的运动目标多光谱关联成像研究

为克服扫描方式多光谱成像无法捕获动态场景下的多光谱数据,提出了一种基于相位调制实现运动目标单次曝光多光谱成像方法。该方法将关联成像技术、压缩感知技术与光谱成像相结合,在成像光路中引入空间随机相位调制器,对运动目标物体三维图谱信息数据进行调制和压缩,然后利用探测器获取二维混叠信号,实现单次曝光获取运动目标的三维图谱信息重构,具有光能利用率高、成像时间短、系统结构简单等优点。实验结果表明:单帧CCD探测信号的电子数均值从200 e?按100 e?的间隔增加到1300 e?时,随着电子数均值增加,重构图像相对均方根误差rRMSE值对应减小,重构图像质量提高;当步进电机以30 Hz速度带动目标物体连续运动时,可获得较好质量运动物体的多光谱重构图像;采用光谱仪对目标物体中不同谱段的光谱分布曲线进行测试,所得结果与重构图像的光谱分布曲线相吻合,证明了该方法的有效性。研究结果对多光谱关联成像技术在无人机平台、动态监测等领域的应用提供了有益借鉴。     

基于神经网络的分振幅光偏振仪的数据处理

分振幅光偏振仪(DOAP)是一种高速测量光波偏振态的传感器。提出了一种基于人工神经网络(ANN)的分振幅光偏振仪的数据处理方法,将分振幅光偏振仪中电路系统输出的电信号作为神经网络的输入,入射光的斯托克斯参数作为神经网络的输出,建立一个前向多层神经网络模型。通过网络训练,使该网络确立了电路系统输出电信号与入射光斯托克斯参数之间的映射关系。由测量时得到的电信号,利用训练后的神经网络可以计算出待测的入射光的斯托克斯参数。测试结果表明,在测量精度方面,该方法获得的斯托克斯参数的总均方根偏差为1.9%,略优于基于矩阵运算的数据处理方法。     

Proposed method for measuring picosecond pulsewidths and pulse shapes in CW mode-locked lasers

A new method is proposed for measuring the widths, and possibly even the detailed shapes, of picosecond pulses in CW mode-locked lasers. The pulses are passed through an electro-optic modulator, which is biased for zero transmission with zero applied voltage, and which is driven at a harmonic of the pulse-repetition frequency. The variation in average light transmission through the modulator is monitored while the relative phase between the light pulses and the modulator drive is varied. The pulsewidth may be deduced from one such measurement made at a microwave light-modulation frequency sufficiently high that the pulsewidth is a finite fraction of a period at the modulation frequency. By making such measurements at a number of harmonics, the complete Fourier expansion (including both amplitudes and phases) of the picosecond pulse envelope can, at least in principle, be determined without ambiguity.