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。     

基于嵌入式技术的激光偏振度测量系统

为提升激光偏振度测量的精度与时效性,设计基于嵌入式技术的激光偏振度测量系统,其包括探测、控制器与上位机3部分,通过探测部分接收激光器发射的激光并通过两个液晶可变相位延迟器(LCVR),抵达偏振分光棱镜后分为两束偏振光,采用探测器探测两束光的光强传输到控制器部分;由控制器部分的嵌入式信号处理模块对所接收光强实施处理与转换...     

线-圆双偏振态光束抽运有机聚合物全光开关

为了有效降低偶氮苯聚合物薄膜全光开关信号的本底,提高全光开关信号的调制深度,利用线偏振光合成圆偏振光的原理,设计了一种新的线-圆双偏振态光束抽运光路。实验用532 nm光作为抽运光,632.8 nm的He-Ne激光作为探测光。532 nm的光先分为功率相等但偏振正交、相位差为π/2奇数倍的两束线偏振光,然后再合成一束抽运光。通过调制其中的一束来实现线偏振与圆偏振抽运光之间的转换,从而实现样品光致双折射的产生与擦除。以掺杂分散红1(DR1)的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA)为样品进行实验。结果表明,用此光路,样品全光开关信号的调制深度达到92%,远远高于传统的单一线偏振光束抽运光路的实验结果。     

空间调制型全偏振成像系统的角度误差优化

空间调制型全偏振成像系统利用 Savart偏光镜能够将被探测目标的4个 Stokes参数 S0~S3调制在同一幅干涉图像中,从而通过单次采集便可获得完整的偏振信息。在该系统中,半波片和检偏器的角度误差对 Stokes参数的测量精度有着不可忽略的影响。文中首先给出了包含上述两种角度误差的干涉强度调制方程,根据实际系统参数,在角度误差模型的基础上分析了当入射光为自然光、0/90线偏振光、45/135线偏振光和左/右旋圆偏振光时,角度误差对空间调制型全偏振成像系统的 Stokes参数测量精度的影响。利用这四种基态偏振光的偏振测量误差,给出了任意偏振态和偏振度的入射光偏振测量误差的表征方法,最后,文中以系统测量矩阵条件数为优化目标函数,经仿真计算得出当 Savart板厚度为 23 mm时系统测量矩阵条件取得最小值为 2.06,半波片和检偏器耦合角度误差对系统偏振测量精度的影响程度最小。     

角反射器对调制偏振光的偏振响应研究

偏振调制测距方法利用往返调制偏振光传递待测距离相位信息,角反射器作为其合作目标,其对调制偏振光的偏振响应会影响系统性能。为研究该响应,提出调制偏振光的复信号描述方法,在测量系统的全局坐标系下,结合偏振传递参数获得反射调制偏振光的复信号表示。分析了正入射时未镀膜实心(BK7)和空心(Au膜层)角反射器对调制偏振光的偏振响应特性;比较三种常用金属膜层对调制偏振光的保偏性能,并分析角反射器姿态角对保偏特性的影响。计算结果表明:Ag膜层对调制偏振光的保偏性能优于Au膜层和Al膜层;全局坐标系下调制偏振光振幅比受偏摆角影响显著,相位延迟受俯仰角影响显著。研究结果可为偏振调制测距系统的优化设计提供理论指导。     

激光传感通信技术的智慧医疗监测系统

将激光传感通信技术应用在智慧医疗监测领域,设计高监测精度、高传输速率的智慧医疗监测系统。利用激光传感技术设计体温测量模块,模块采用F-P腔匹配滤波解调方法,泵浦源发射光产生宽带光在谐振腔生成激光,抵达光栅后原路反射到达F-P腔中心波长解调,光电探测器接收光栅反射光与F-P腔透射光的卷积,获取体温监测信号;激光跳频通信模块FPGA以串口为中介发送、接收医疗数据,模块的ASK基带编码激光调制依据调制激光循环频率随调制信号基带频率的变换的原理,计算可变基频调制信号,实现医疗数据通信传输。得到以下实验结论:体温测量模块能够提升中心波长,节约模块测量人体体温用时;激光通信模块可连续传输医疗数据,运行稳定。     

一种大气激光通信系统抗干扰调制/解调技术

空间光通信以大气为介质进行信息传输时,不可避免地受到大气散射、大气湍流及背景光等因素的影响。针对大气信道对通信质量的影响,提出了基于激光偏振态参数的调制与解调技术,设计了一种基于偏振移位键控(PolSK)的大气激光通信系统并对其原理进行了简要分析。该通信系统采用偏振移位键控的调制方式,即利用圆偏振光的两种旋态(左旋和右旋)进行编码、调制从而实现数据的传输,接收端采用平衡探测方法进行光信号解调。对系统性能进行仿真分析,结果表明,基于激光偏振态参数的调制与解调技术在抗大气环境干扰、提高数据传输速率和降低误码率等方面具有优越性,在未来的空间激光通信领域有广阔的发展空间和应用前景。     

基于热致双焦点选模的径向、切向偏振激光器

侧抽运Nd∶YAG棒对径向偏振光和切向偏振光具有不同的热焦距,利用He-Ne激光器输出的线偏振光和旋转狭缝测量Nd∶YAG棒的径向、切向热焦距,设计谐振腔使得只有一种偏振光能低损耗稳定振荡。在440 W抽运功率下,获得31.7 W径向偏振激光,光束质量因子M2约为2.5,调整腔长后,在470 W抽运功率下,获得30.2 W切向偏振激光,光束质量因子M2约为2.8。实验结果表明,利用热致双焦点选模可以获得较大功率的径向、切向偏振激光输出,但激光器对抽运功率敏感。     

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。     

圆偏振光偏振复用激光通讯系统

提出了一种采用圆偏振光的偏振复用通讯系统。其基本设想是信号光在空间中以左 旋和右旋圆偏振光的形式进行传播,在接收端将这两种偏振光区分并分别接收。本文详细论证了在两个相对运动点之间采用圆偏振光实现偏振复用激光通讯的可行性。     

激光偏振编码制导中CdTe晶体编码技术研究

针对激光驾束制导系统光束能量调制方式的原理缺陷,讨论了用电光晶体的电光效应实现空间偏振编码的原理.对适于10.μm激光的CdTe晶体的电光效应进行了理论分析,在此基础上设计了基于普科尔效应的空间偏振编码调制器.确定了X,Y,Z轴方向加电场具有相同的效应,采用横向运用方式,使得经过编码器后的线偏振光形成最上方近似右旋圆偏振光到中间的线偏振光再到最下方的左旋圆偏振光的偏振态梯度分布,从而实现对弹的偏振制导.     

大气激光通信系统偏振移位键控调制技术

为了实现自由空间高速激光通信,对基于偏振移位键控的激光通信调制和解调技术进行了研究。介绍了一种基于PolSK的调制与差分解调方法,对实现大气信道中高速激光通信的调制与解调方法进行了研究,并通过理论推导及计算机仿真验证了其可行性。仿真研究结果表明:虽然大气信道对激光的传输特性有一定的影响,但利用以左右旋圆偏振光调制为基础的偏振态移位键控方法实现数据调制传输,并采用差分探测解调技术,可以实现传输速率为2.5 Gb/s、传输距离为20 km的低误码率数据传输。基本满足了空间激光通信系统的稳定可靠性、简便易实现、抗干扰能力强等要求。     

烟雾环境中532 nm/1550 nm线偏振光前向传输实验研究

针对烟雾环境中偏振前向传输在短波红外波段是否具有偏振信号增强的问题，实验研究了烟雾环境中水平线偏振光在532 nm和1 550 nm波长下的前向传输偏振特性。烟雾环境由烟饼燃烧所制，其主要由悬浮氯化铵颗粒和水汽组成，且氯化铵颗粒在烟饼点燃7~16 min内稳定沉积。搭建了532 nm和1 550 nm两套单波长激光前向传输测试平台，用以测量水平线偏振光在烟雾环境中的前向传输偏振特性。分析测量误差主要由激光源的光强波动误差、测量时间变化误差、偏振器件的安装误差和转角误差引起，计算了532 nm和1 550 nm激光前向传输测试平台的测量误差峰值分别约为1.03%和0.89%。测试烟饼燃烧7~16 min时的偏振状态保持率RoPS，测试结果表明:相比532 nm波长，水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有更优异的偏振状态保持特性，且随着烟雾浓度降低，两者之间的偏振状态保持差异逐渐缩小。文中研究通过实验验证了所制烟雾环境中水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有优异的偏振信号，这可为短波红外偏振技术的实际应用提供一定的实验支撑。     

宽脉冲光子计数偏振激光雷达探测浅水层研究（特邀）

由于受激光脉冲宽度的限制,传统激光雷达无法实现几十厘米的浅水层测量。设计了一个双Gm-APD光子计数偏振激光雷达系统,采用宽脉冲获取薄浅水层的高精度距离像。浅水层的表面光滑,能够保偏;底面粗糙,将发生退偏。根据该偏振现象,通过发射水平线偏振光,接收系统中采用一个偏振分光棱镜将前后表面信号光分离,然后分别被两个Gm-APD探测。该系统不受信号光的脉冲宽度限制,并充分利用Gm-APD的死时间机制,针对超薄浅水层实现三维深度测量。利用基于穆勒矩阵和斯托克斯参量表示的偏振传输原理,理论分析了双Gm-APD偏振激光雷达的分光原理。采用信号复原质心算法抑制距离漂移误差获取高精度距离信息。对于深度从4.5cm变化到8 cm渐变的薄浅水层,底面覆盖了黑、白沙子,探测距离为5 m,在实验上采用6 ns激光脉冲获取了薄浅水层的高精度距离像,测距精度为0.8 cm,有效验证了方案的可行性。该方案能够为机载海洋测绘激光雷达的浅水层测量提供一定借鉴。     

大气激光通信中光PPM偏振调制方案及其关键技术

大气中的雨、雪、雾等对大气激光通信的质量和可靠性影响很大.提出了一种光PPM偏振调制方式,采用改变水平和垂直偏振光束的强度,检测接收到的激光的偏振角进行编码.由于水平偏振和垂直偏振光通过的是同一条光路,在求解光偏振角时大气中的衰减可以相互抵消,因此光PPM偏振调制可以减少甚至消除大气信道对大气激光通信的影响.仿真结果表明:这种方法不但可以消除大气信道对激光通信质量的影响,而且可以成倍提高大气激光通信的码速率.     

偶氮类有机薄膜的光存储与光调制特性研究

本文利用光致双折射技术,研究了两种新型偶氮类光电功能材料的光存储与光调制特性.对比研究结果表明:含偶氮侧链聚合物具有更好的光存储功能,而偶氮小分子掺杂聚合物则更适用于光调制.文中还利用偶氮小分子掺杂聚合物薄膜,通过改变附加偏振光的偏振方向得到了一级自衍射的放大和衰减信号,从而在0°～90°范围内完成了偏振光调制光学全息技术.     

偏振光谱识别光学系统的复原方法与设计

为准确方便获取4个波长相关的斯托克斯参量,可采用强度调制型偏振光谱成像技术,从偏振光谱强度调制理论与傅里叶变换解调方法入手分析推导计算了偏振光谱信息的复原过程,据此得到了系统的基本结构。以模块化设计的思路分别设计了光谱部分光学系统的前置望远物镜及Offner分光系统,设计结果实现了在400~1 000 nm谱段光谱分辨率1.24 nm,并结合光谱系统参数匹配设计完成了前端偏振光谱调制模块,给出了一套完整的设计实例。最后通过实验验证了偏振光谱调制模块设计的合理性与傅里叶变换解调方法的可行性,为偏振光谱信息复原奠定了基础。     

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.     

保偏光纤模式耦合分析及其相干检测

当保偏光纤存在结构不均匀或者受到外部扰动时,将使其内部传输的一部分偏振光耦合到与其正交的偏振态上去。分析了保偏光纤内偏振光模式耦合的原理,给出了基于白光干涉法的偏振模式耦合检测方法,并用迈克尔逊干涉仪对保偏光纤的偏振模式耦合的耦合强度和耦合点发生的空间位置进行了测试。通过步进电机控制迈克尔逊干涉仪扫描臂的反射镜移动,改变干涉仪两臂之间的光程差,来补偿由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤出射时的光程差,实现了对偏振耦合的测量。为提高检测系统的灵敏度,需提高输出信号的信噪比,对光源发出的光进行高频调制,通过频谱搬移和相干解调,有效地抑制了各种干扰和噪声,使输出信号的峰值信噪比提高了5.1 dB,耦合强度测试最小值也由-57.6 dB提高到-62.7 dB,增强了测试系统检测微弱偏振耦合的能力。     

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。