新型偏振特性因子及其传递关系的研究

偏振遥感图像通常可以采用强度、偏振度、偏振角或HIS柱形彩色空间表征目标偏振特性.本文通过建立光束在多层介质中传递的简单模型,找到一种新型偏振特性因子.此偏振特性因子所成图像是偏振度图像和偏振角图像信息复合的结果,其实质反映了偏振光束中的线偏振光的光强相对含量及它的偏振角方向.对伪装过的车牌进行偏振成像,实验表明此偏振特性因子可以用于特定环境下的伪装辨别.     

偏振激光照明对多层薄膜结构成像对比度影响

光学多层干涉断层扫描技术(Optical multilayer interference tomography,OMLIT)应用于光电关联显微镜中以实现清晰的光学大视场成像，为高分辨率电镜图像提供目标区域标定。为了进一步提升成像对比度和定位精度，将偏振照明和OMLIT成像技术相结合，提出一种多层薄膜偏振照明的理论模型，使用矩阵传输方法对不同入射角的偏振光在不同材质、厚度的多层薄膜介质间的传播及干涉成像进行了仿真。结果表明，当照明光的电场振荡方向平行于入射面时，能够获得比非偏振光更高的图像对比度。当照明光以62°入射角照射金属银镀层样品表面，成像对比度提升高达138倍。这项工作为偏振照明OMLIT提供了理论基础，为光电融合显微成像技术的发展提供了全新的技术方案。     

粗糙表面可见光散射特性的实验研究

为了获得目标材料表面的散射参数,设计了一种测量粗糙表面散射特性的实验装置,并对几种材料进行了测量.激光器发出的激光经样品反射散射后,被探测器接收,转动转台,完成在入射平面的测量.利用Matlab对实验数据曲线拟合,给出了材料表面散射特性的数学表达式.实验结果表明,散射特性与表面粗糙度和入射角相关.当以中大角度照射时,粗糙表面不再严格遵守朗伯余弦定律,出现非镜向峰值现象,且峰值随着入射角的增大而增大.     

偏振无关的可变纯相位延迟器研究

提出了一种由快轴保持正交方位放置的两片相同的液晶可变相位延迟器构成的可变纯相位延迟器结构设计.利用琼斯矩阵,从理论上推导了该结构在任意偏振光入射条件下,出射光偏振态与入射光偏振态保持一致.实验上,在两片液晶可变相位延迟器所加电压分别为1.55V和1.49V时,分别测量了入射光和出射光的偏振态,表征偏振态的入射光和出射光的Stokes参教基本一致.上述两者结果都表明,该结构具有较好的纯相位调制特性,并给出了控制电压在1～2.7V范围时的相位变化.     

光纤型偏振OCT系统中光偏振特性的研究

建立了偏振光在生物组织中传播的模型,并利用该模型模拟了偏振光在生物组织中传播的过程,重建了多种偏振态输入光的情况下光偏振态在生物组织中的分布及生物组织的偏振特性模型.分析了光偏振度与光被生物组织散射次数的关系,阐明了由于偏振光在组织中传播,其偏振态逐渐改变而造成的偏振OCT 干涉计两臂光束失去相干性及偏振OCT 图像质量下降现象.通过分析斯托克斯(Stokes)矢量和穆勒(Muller)矩阵在光纤型偏振OCT系统中的应用,说明Muller 矩阵不受输入光偏振态的影响,因此它比Stokes 矢量更适用于光纤型偏振OCT 系统研究.     

激光偏振方向对光声信号的影响

在高强度激光照射下材料表面会产生蒸发,形成等离子体。如果激光是斜入射材料表面的,则材料光声信号的大小与激光的偏振方向有关。本文通过实验研究了在桢的激光入射角的情况下,光声信号的大小随激光偏振方向的变化关系,得出了激光偏振方向与激光入射面的夹角为０度时,光声信号最强;而其有为９０度时,光声信号为极小值。     

银纳米颗粒有序阵列光学偏振玻璃特性研究

银纳米椭球微粒有序掺杂的光学偏振玻璃具有光学玻璃的高透过率特性和本征的偏振特性,是综合性能好的光学偏振器件。利用米氏理论和电偶极子理论分析了光入射到椭球形银纳米微粒产生的消光特性和偏振机理;建立椭球形纳米微粒周期阵列分布的光学偏振玻璃模型,采用有限元数值算法模拟计算近红外光入射该模型后的偏振光输出特性。通过优化玻璃内部椭球微粒的几何参数,获得波长在700~1 100nm近红外全波段内的偏振玻璃的透过率达到80%以上,消光比达20dB以上;尤其当波长在740~840nm范围内,透过率高达90%以上,消光比达50dB以上。     

偏振成像在目标探测中的应用

针对偏振度编码成像在目标探测识别中的优点,本文分析了偏振探测的消偏振机理,以及表面散射和体散射对目标偏振度的影响.利用808 nm半导体激光器照明,目标的后向散射光由卡塞格林望远镜接收,经过偏振分光棱镜成像在两个CCD上,通过一次测量获得偏振状态相互垂直的两幅图像,然后计算出目标的强度和偏振度,分别利用强度和偏振度编码成像.实验结果表明,在目标的反射率相近时,强度图像不能区分不同材料的目标,偏振度图像可以区分,融合强度和偏振度图像进行HSI伪彩色编码,可以达到目标探测、分类等目的.     

基于边缘信息的偏振图像融合算法及评价

偏振遥感图像通常都采用强度、偏振度、偏振角来表征目标偏振特性.本文提出的基于边缘信息的偏振图像融合算法是将三幅偏振图像利用离散小波变换把图像分解成不同尺度的低频和高频部分,采用小波区域窗口和子区域窗口统计把小波系数分类成边缘和非边缘系数,通过这些方法进行有效的边缘细节信息提取.在融合处理中,低频图像的小波系数平均值作为融合后的低频系数,高频细节系数根据不同区域特征选择方法以及对应输入图像小波系数的窗口区域方差来确定融合后高频小波系数.仿真实验结果表明,这样使得融合后的图像细节更真实更丰富,图像的偏振特性体现更为充分,同时减少对源图像的预处理要求,使图像在整体上有较好的视觉效果.从而证明这种方法能够在保留图像微小细节方面获得满意的结果,且算法有效性优于其他的图像融合方法.     

空间目标的光学偏振特性研究

偏振特性是光与物质相互作用所表现的重要特性之一,与物质的性质密切相关.空间目标偏振特性可能会因为特定空间目标组成材料和空间目标轨道不同而存在差异,因此为空间目标的探测和识别提供了科学依据.本文通过空间目标材料以及典型空间目标模型的多角度偏振成像特性试验测量,分析了空间目标偏振特性及其变化机理.结果表明,空间目标表面材料的偏振特性对于目标的识别具有很重要的作用,太阳能电池板的姿态对卫星的偏振特性影响尤为明显.本文研究可以为空间目标光学偏振探测与识别提供应用基础研究支持.     

多层介质高反射膜的散射特性研究

为了研究多层介质高反射薄膜的散射特性减小光学薄膜的散射损耗,以多层光学薄膜矢量光散射理论为基础,利用光学薄膜的总散射损耗与光学薄膜双向反射分布函数的关系,研究了多层介质高反射薄膜分别在膜层界面粗糙度为完全相关和完全非相关模型下入射角和偏振状态对总散射损耗的影响,以及入射波长对总散射损耗的影响.理论研究结果表明,随着入射角的变化p偏振入射光引起的p偏振的总散射损耗强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性,尤其是在布儒斯特角附近更为明显;此外,通过对介质高反射膜在两种不同模型下的总散射损耗随入射波长的变化与其反射率谱的比较发现,完全相关模型下的总散射损耗与反射率谱的变化趋势一致,完全非相关模型则恰好反之.     

基于Stokes矢量分析的偏光片光学参数测量

目前偏光片透过率的传统测量方法依赖偏光片的相对转动,受光源偏振度以及探测器偏振响应的影响大,测量精度低。为解决上述问题,本文提出了基于Stokes矢量分析的方法,通过分析入射到偏光片以及从偏光片出射的偏振光的Stokes矢量的改变,结合最优化算法来解析样品的偏振特性,从而快速、精确地测量偏光片的透过率。该方法测量速度快、可扩展性强,对平板显示产业中光学薄膜的偏振特性的测量具有普适性。     

独立通道偏振罗盘信息检测方法及传感器设计

目前偏振光导航传感器大多以POL-神经元模型为基础,误差主要来源于通道间信号增益差异,以及检偏器阵列的相对角度误差。为了提高偏振罗盘信息的检测精度,提出了一种独立通道偏振罗盘信息检测方法。利用三个相互独立的偏振光检测通道测量大气偏振信息,获取航向角信息。并且,结合分时复用技术,设计了独立通道偏振光导航传感器,提出了相应的标定方法和误差补偿算法。实验结果表明,独立通道偏振光导航传感器能够显著降低偏振罗盘信息检测误差,补偿后传感器误差在±0.05°以内。     

斜入射滤光片的偏振相关损耗抑制技术

多腔窄带薄膜滤光片在倾斜入射时由于偏振光的中心波长会出现分离,会导致其偏振相关损耗迅速增加,严重影响光通信系统的性能.从理论上分析了斜入射时产生偏振相关损耗的原因,并提出了通过优化膜系的方法有效的实现了偏振光中心波长的对准,有效的降低了其通带内的偏振相关损耗.同时还提出了使用偏振分束器的方法,对单偏振光进行调制,在整个透射带内都实现了对偏振相关损耗的抑制.实验结果表明,两种消偏方式都能将窄带滤光片斜入射时的偏振相关损耗减小至0.2dB内,根据实际需要可以应用于不同的场合.     

测量冲击压缩下靶板表面漫反射率的光电系统

本文给出了一种实验研究冲击压缩下靶板表面漫反射率的光电技术 ,该技术使用激光作为外光源照射随机粗糙的靶板表面 ,同时测量不同立体张角的漫反射激光功率 ,进而得到表面反射率。测量系统中 ,用偏振分束器将激光与热辐射进行偏振分离 ,再将两束振动方向相互垂直的偏振光相减 ,完全消除了热辐射对信号的影响。已用该技术实验研究了钨靶在冲击压缩下的表面反射率 ,获得了较好的实验结果。文中对实验结果进行了简单的分析     

用"牛眼"型麦克尔逊干涉仪测量入射激光

设计了一种新型的麦克尔逊干涉仪,因其干涉图状如牛眼,故称为“牛眼”型麦克尔逊干涉仪。它以两个球面反射镜代替了原有的平面反射镜,使得干涉加强,干涉图更清晰,同时省去了成像透镜,使系统体积紧凑,便于调节。应用这种仪器探测入射激光,对采集的干涉图进行条纹提取和细化后,可推算出入射激光的波长和入射角。实验对632.8nm和532nm的入射激光进行了测量,波长测量的相对误差分别为5.72%和3.91%。     

光场偏振态对布朗运动扩散系数的影响

基于差分动态显微技术,实验研究偏振光对颗粒布朗运动扩散系数的影响。实验结果表明,在弱聚焦条件下,布朗粒子在激光照射下的扩散系数比仅在白光照射下的扩散系数要小;在相同激光功率时,圆偏振光照射下颗粒扩散系数比线偏振光时的要小;随着入射激光功率的增大,线偏振光照射下的扩散系数表现出振荡的现象,而圆偏振光入射时,布朗运动扩散系数随功率的增大而减小。     

基于机器视觉的保偏双尾纤装配精度检测

保偏光纤保持偏振状态的程度依赖于偏振光的入射状态,要保持偏振光的偏振态就要求偏振光的偏振态与保偏光纤慢(快)轴方向耦合对准.因此在保偏双光纤准直器中,双尾纤的(相对位置)装配精度直接影响保偏准直器的保偏性能.本文研究和分析了双尾纤的装配精度对保偏准直器保偏性能的影响,并指出双尾纤端面"猫眼"的垂直度是主要影响因素.基于机器视觉原理,通过生物显微镜、CCD摄像机,图像采集卡采集双尾纤端面的图像,建立"猫眼"垂直度的检测模型,由VB编程实现对图像的处理以及"猫眼"垂直度的检测,检测精度可达0.5度.该方法已在双纤保偏准直器工业装配中得到应用.     

基于AOTF的高光谱偏振成像系统设计

为获得目标和场景的偏振信息,提高目标识别和地物探测的准确度,设计了基于液晶相位可变延迟器(LCVR)和声光可调滤波器(AOTF)的高光谱偏振成像探测系统。首先介绍了偏振成像探测的原理,然后给出了探测系统的结构,并对其光学系统的各元件进行了合理的参数分配,最后利用编制的信息处理软件对系统采集的高光谱偏振图像进行了处理,处理结果能够反映出目标的光谱特性和偏振特性,对于复杂背景下的目标探测与识别具有重要的应用价值。     

光栅衍射法实时测量脉冲激光波长和方向

为了在恶劣环境下实时测量宽波段脉冲激光波长和方向,提出了使用光栅衍射测量脉冲激光波长和方向的方法。该方法利用激光的相干特性,不同波长的激光干涉后零级光谱和一级光谱之间的距离不同,入射方向不同其零级光谱位置不同,从而由探测器上读出的光谱位置可以求出激光波长和入射方向。根据测量原理设计了实验光路,主要由光栅、柱面镜以及探测器CCD构成。实验结果表明,该方法测量激光波长的最大偏差为6.2nm,入射方向最大误差为0.6°,可以实现激光波长分辨力10nm,入射方向分辨力1°的实时测量。