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。     

全光纤在线偏振参量测试系统

设计和研制了一套全光纤在线偏振参量测试系统,该系统由全光纤偏振控制器、全光纤在线偏振仪等组成.系统的光路完全由光纤构成,没有插入分立器件.通过数据采集卡和Labview编程,实现了全光纤在线偏振参量测试系统对偏振态的准确控制和对斯托克斯矢量的实时、准确和高速的测量.该系统能实现对光的偏振态、偏振度、消光比和偏振相关损耗等偏振参量的测量,并能实现偏振态监控和偏振稳定的功能.     

基于单偏振器的液晶相位延迟器光电特性

液晶相位延迟器(LCVR)是一种新型偏振器件,精确标定其光电特性是实现基于该器件的精密光学偏振测量的关键环节.通过建立探测光强与相位延迟值和器件方位角的数学模型,提出了一种基于单偏振器的测量新方法,可快速计算出不同电压作用下的LCVR本征轴方位角和相位延迟值.该方法具有测试结构简单、相位延迟测量过程无需机械旋转、全谱测量速度快的优点.此外,该测量结构便于集成在其它偏振测量结构中,实现LCVR的在线、实时标定.实验结果表明基于上述方法的测试系统,LCVR的相位延迟测量重复性优于5‰,本征轴方位角的测量分辨率优于0.1°.     

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。     

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.     

偏振正交外差光信噪比监测技术研究

传统偏振方法监测光信噪比的准确性易受偏振模色散和非线性双折射影响,提出了一种新的偏振正交外差监测方法以克服传统偏振监测方法的缺点.该方法通过将信号分成两个支路并控制偏振态达到相对偏振态正交,用偏振正交的两支路信号外差混频消去信号,通过测量保留下来的差拍噪声实现对光信噪比的监测.仿真试验证实,该方法对偏振模色散和非线性双折射引起的信号偏振态变化不敏感.     

一种新型的材料内应力测试方法——偏振透射差分法

采用一种全新的偏振透射差分法-PTD(polarization transmittance difference)法来测量半导体衬底材料的内应力分布.由于该方法使用了偏振调制技术,无需旋转样品或者偏振元件进行多次测量,使得测量过程变得简单、迅速,并准确给出整体材料的内应力二维分布图.此方法属于无损测试.     

一种新型的材料内应力测试方法——偏振透射差分法

采用一种全新的偏振透射差分法-PTD(polarization transmittance difference)法来测量半导体衬底材料的内应力分布.由于该方法使用了偏振调制技术,无需旋转样品或者偏振元件进行多次测量,使得测量过程变得简单、迅速,并准确给出整体材料的内应力二维分布图.此方法属于无损测试.     

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.     

LCD 参数测试系统中的偏光响应

由于一般的液晶显示器件都使用了偏振片，对其参数的测试类似于偏光元件的测试，系统的偏光响应会影响某些参数的准确评价，通过分析液晶器件参数测试系统LCT5016，我们发现光谱仪的偏振依赖性敏感度和部分偏振的光源严重影响了某些测试结果，探讨了一系列的消除偏光响应的方法，包括测试过程和光学系统的设计，我们设计的补偿器能够在整个可见光谱范围内有效地消除偏光成分，这些方法可用于消除一般光学测试系统中的偏光响应。     

通过圆偏振光提高飞秒激光诱导击穿光谱的发射强度

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速、实时的元素成分分析技术。为了提高LIBS的灵敏度,人们已经提出多种方法来提高LIBS的光谱强度。本文采用飞秒脉冲激光烧蚀黄铜产生LIBS,对比了圆偏振和线偏振下LIBS光谱的强度,结果发现圆偏振下的光谱强度比线偏振下的强,光谱强度大约提高了15%。采用飞秒激光照射金属时,金属内部的自由电子吸收光子的能量。在线偏振飞秒激光场中,电子在脉冲的每个光学周期中经历交替的加速和减速;而圆偏振飞秒激光可以连续加速电子,因此电子可以获得更高的能量,这使得圆偏振飞秒激光产生的光谱强度不同于线偏振飞秒激光产生的光谱强度,圆偏振激光有助于改善飞秒LIBS信号的强度。     

器件的非理想化对光纤陀螺精度的影响

为了提高开环光纤陀螺的测量精度,研究了干涉式开环光纤陀螺系统中元器件的非理想化对陀螺精度的影响.根据光纤陀螺系统的结构特点,给出了陀螺系统不同元器件的矩阵模型,导出了开环陀螺的输出表达式,重点分析了光源偏振度和输出光功率波动、耦合器分光比波动以及系统中光纤尾纤熔接点对轴误差造成的偏振误差.研究结果表明,在诸多影响因素中,光源波动对陀螺系统的影响最大,耦合器分光比波动次之,熔接点对轴误差的影响最小.     

Helical antenna for satellite transmission†

The use of helical antennas for satellite transmission is proposed. The polar diagram, directivity and polarization characteristics are outlined. The advantages of circularly and elliptically polarized waves transmitted from the helical antenna for Faraday rotation experiments are discussed. The use of helical array is comparatively more compact, radiation characteristics are frequency independent and the polarization of the radiated wave is more stable. These features enable an accurate measurement of the Faraday rotation which is likely to yield a better estimate of total electron content.     

用于纳米测量的集成化单频激光干涉仪

研究了一种基于偏振光的集成式单频激光干涉仪。利用偏振光学变换方法,实现了干涉仪的光学4细分结构,提高了测量灵敏度;构建4路正交探测结构,实现了干涉仪的无源偏振调制,扩大了干涉仪测量范围;采用光路集成化的设计方法,实现了一体化干涉仪光路集成。对激光干涉仪进行振动测量实验研究,结果表明,静态位移测量误差小于±0.3 nm,振动测量的分辨率达10 pm/Hz1/2;上述集成单频激光干涉仪具有测量精度高、稳定性好、动态范围宽、受环境影响小等优点,可被广泛用于纳米测量的各个领域。     

Design and performance of a reconfigurable liquid-crystal-based optical add/drop multiplexer

The authors describe a reconfigurable optical add-drop multiplexer designed for 50-GHz channel spacing over either the C- or L-bands. The system may also function as a variable optical attenuator. The design features a reflective liquid-crystal modulator, a compact free-space spectrometer, polarization diversity, and fine-scale attenuation control.     

基于偏振散射对大气中炭黑颗粒物表征

基于光的偏振散射原理提出了一种对大气中炭黑颗粒物进行表征的测量方法.首先利用偏振光子散射的蒙特卡洛模拟方法寻找表征炭黑颗粒物属性的偏振特征参量,进而通过实验对特征参量进行验证.结果表明,获取的偏振参量对炭黑有较好的表征效果.此外,偏振表征不仅可以兼容现有非偏振散射仪器,提供更多颗粒物属性等信息,还可以减少探测角度,优化探测装置.     

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。     

一种新型偏振辐射计

偏振探测技术应用于大气散射辐射偏振特性测量,由于大气散射偏振态的时空变化特性,要求测量仪器具有实时获取偏振数据的能力。针对这一需求研制了一种新型偏振辐射计,提出了利用偏振透光轴三方向光路平行探测的方案,能够实时获取目标的偏振特性参数。着重分析系统软硬件结构设计,介绍了一种以USB采集卡为核心的信号采集系统,并利用积分球光源对系统进行相对辐射定标,分析了定标数据。实验结果表明,该套系统能够满足大气偏振探测的要求。