多通道型偏振成像仪的偏振定标

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应,基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定,通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后,使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明,基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率;经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%,满足大气气溶胶测量精度的要求。     

斯托克斯椭偏仪的非线性最小二乘拟合偏振定标

由于传统的斯托克斯椭偏仪定标方法中入射光源的偏振效应、定标单元中光学元件的制造与装调误差都会降低仪器矩阵的定标精度,从而影响偏振态的测量精度,本文提出了基于非线性最小二乘拟合算法的仪器矩阵偏振定标方法.该方法将描述定标单元的参量和仪器矩阵的所有矩阵元一起作为未知参数,根据偏振光学传输理论建立探测光强与未知参数的函数关系式;然后,基于非线性最小二乘拟合方法拟合实际探测光强随定标单元方位角的变化曲线,进而得到斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵.实验中使用该方法和传统方法在500～700 nm波段分别定标了KD*P型斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵.结果显示,新方法在500～600 nm波段获得的斯托克斯参数的总均方根(RMS)偏差为1.6％,较传统定标方法提高约0.5％;波长大于600 nm时,由于系统信噪比降低使得新方法的测量精度降为2.4％,但仍然远高于传统方法的测量精度.结果表明,提出的方法简单易行,适用于各种斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵定标.     

航空多角度偏振辐射计信噪比估算与测量

为精确评估航空多角度偏振辐射计的性能,分析了航空多角度偏振辐射计的信号与噪声,给出了估算其探测器信噪比的过程。介绍了航空多角度偏振辐射计的工作原理,推导了探测器信噪比与系统信噪比的估算表达式。结果显示:系统信噪比与强度信噪比成正比,探测器信噪比需求与偏振探测精度成反比,航空多角度偏振辐射计的探测器信噪比应不小于245,得到的结果弥补了一直以来偏振遥感仪器只计算探测器信噪比的不足。最后,根据推导的表达式,通过矢量传输模拟估算了用航空多角度偏振辐射计探测典型场景时的探测器信噪比与系统信噪比,并在暗室中利用积分球与偏振盒进行了测量。结果表明,航空多角度偏振辐射计各个探测器的信噪比均满足偏振探测的需求。     

遥感图像双角度偏振大气校正仪

研制了一种双角度偏振大气校正仪航空样机用于卫星遥感图像数据的定量化。该仪器通过时间同步和空间覆盖的探测方式获取被校正图像对应的角度、光谱、偏振三个维度的大气信息,实现气溶胶和水汽的高精度参数的反演;将反演获取的大气参数作为输入条件,利用辐射传输模型进行遥感图像的高精度大气校正。仪器采用天底(0°)和前向(55°)两个方向观测,具有8个探测波段,覆盖可见到短波红外(0.49~2.25μm)波段,其中5个波段具备偏振探测能力;采用高精度一体化结构设计保证各偏振探测通道的视场重合精度,降低偏振探测目标不一致引起的偏振测量误差。实验室定标和测试结果表明,偏振波段的视场重合度优于95%,偏振测量精度优于1%(偏振度DoLP=0.3),满足仪器设计指标要求。     

多角度偏振辐射计星上积分球结构设计及检测

为满足星载多角度偏振辐射计六孔径同时定标及全光路定标的要求,根据多角度偏振辐射计的光路特点和结构约束设计了六出孔椭球形积分球定标源,并对积分球辐射输出的一致性﹑均匀性及偏振特性进行了检测。其中,一致性的检测采用定标后的光谱辐射计直接测量;均匀性的检测考虑积分球出口小,采用了透镜加光阑扫描的方法;偏振度的检测使用了根据马吕斯消光定律设计的线偏振检测仪。实验和检测结果表明,采用的检测和数据处理方法提高了系统的信噪比和测量的准确性。积分球成对开孔输出一致性优于99.5%,面均匀性优于99%,偏振度低于1%,这些结果满足多角度偏振辐射计的辐射定标需求。     

激光制导中偏振态动态检测技术研究

研究了激光制导中弹体旋转或光场时变与光速偏振态间的关系,在对偏振光信号特征参数分析的基础上,介绍了一种动态检测光偏振状态的方法,采用特定的相位延迟器及差和比的数据处理方式,可以消除测量装置与偏振光相对旋转的影响,并利用琼斯矩阵法分析了这一工作原理.研制的测量装置能实时给出偏振光的旋向和椭圆度.实验结果表明,相对旋转对偏振态测量的影响确实可以消除.     

仿生偏振视觉定位定向机理与实验

为了有效利用全天域的偏振光信息,探究仿生偏振光导航机理,设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法,推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式,将太阳方向矢量的最优估计问题转化为求解矩阵的特征向量问题,推导出了基于天空光偏振模式的定位定向算法。最后,设计了静态实验与转动实验,对理论分析结果进行了验证。实验结果显示:测量的天空光偏振模式与瑞利散射模型相一致,并可从中成功提取太阳方向矢量。静态实验测量的太阳天顶角的最大误差约为0.4°,误差标准差为0.14°;基于1h对天空偏振光的观测数据实现的定位误差为68.6km。转动实验(转动两周)得到的最大定向误差约为0.5°,误差标准差为0.28°。研究结果揭示了生物利用偏振光导航的机理,为仿生偏振光导航的应用提供了理论依据。     

天空光偏振模式自动探测装置

为了获得较高的天空偏振光导航精度,研究了天空光偏振模式的模型。设计了天空光偏振模式自动探测装置,用于获取大量的天空光偏振模式信息并构建天空光偏振模式模型。该装置克服了传统天空偏振光分布模式探测仪器操作繁琐,效率低的缺点,利用计算机控制角度旋转和相机拍照协同工作,能够简单快捷地实现一键采集一组天空偏振图像。测试显示,该装置能够准确地在预期位置完成偏振图像的采集工作。获得的图像偏振模式明显,对于光强度的探测精度优于0.237 5(3σ)灰度值(8 bits),平均每个测量点耗时3.02 s,采集效率较传统偏振模式探测仪器大为提高,能够实现天空光偏振模式的有效探测。     

分时偏振光谱测量系统的起偏效应校正

针对实验室偏振光谱测量系统短波红外起偏效应大、测量偏差大的问题,建立了系统目标斯托克斯校正模型,提出了该模型中相关系数的测量方法,从而实现了系统偏振效应的精密校正。首先分析了实验室常用的低成本分时偏振光谱测量系统存在的主要问题及起偏效应的来源。然后根据偏振传输理论,将系统中起偏效应较大的波谱仪等效为检偏系统,建立了目标偏振信息的校正模型,并通过与理想模型的对比验证了模型的正确性。最后针对本测量设备,为提高校正系数的测量精度,在解析法的基础上提出了一种更精确的拟合法。实验结果表明,本方法的校正精度高于0.5%,满足实验室中对目标偏振信息处理的精度要求,对偏振光谱测量系统的研制和标定具有指导意义。     

波导式偏振调制测距系统

为消除体相位调制器工作过程中热效应对偏振调制测距精度的影响,提出了利用波导式相位调制器替代体相位调制器的全光纤波导式偏振调制测距方法.对波导式偏振调制测距系统进行原理分析,利用琼斯矩阵得出传输过程中测量光偏振态的变化规律,建立调制信号频率、偏振光强度与被测距离的函数关系.然后,进行了直波导相位调制器特性测试,验证其半波...     

微偏振片阵列红外成像非均匀性产生机理及其校正

集成微偏振片阵列红外成像系统的偏振度图像对非均匀性高度敏感,不经非均匀校正的偏振度图像存在较大误差。为了校正微偏振片阵列红外成像的非均匀性,以入射光Stokes矢量形式,建立了光电转换基本过程的偏振像素模型,基于入射激励和辐射响应数据,分析了微偏振阵列与红外焦面联合作用下非均匀性产生机理。提出一种基于多次辐射测量的矩阵形式的非均匀性校正方法,该方法通过构造多组测量方程,求解偏振像元的增益矢量,由相邻四像元增益矢量组成超级像元的增益矩阵,结合Stokes矢量提取矩阵,逆向求解重构点的校正矩阵。实验数据表明:该方法比两点法降低非均匀性约5%~20%,有效改善红外偏振度图像质量。     

基于傅里叶变换相位提取法的激光回馈应力测量系统

高端玻璃的内部应力精确测量关系其所在系统的安全性和可靠性。本文提出一种基于激光回馈效应的应力测量方法,激光回馈系统由激光器和外部反射镜构成,待测样品放置在回馈外腔中,通过回馈光对激光器内部增益调制产生的偏振跳变现象提取双折射信息,进而获得应力。首先,从理论上分析了回馈系统中激光器输出的正交偏振模式相位与外腔应力双折射的关系;接着,通过傅里叶变换的方式得到双折射外腔激光回馈系统光强调谐曲线的相位信息;然后,采用标准四分之一波片对系统和算法的精度进行了测试。最后,采用激光回馈系统对不同的飞机座舱有机玻璃样品内应力进行了测量,并给出测量结果。实验结果表明:该系统对应力的条纹数测量精度优于8.3×10-4,满足高端玻璃的应力检测需求。     

Dynamic junction temperature measurement for high power light emitting diodes

Junction temperature of high power light emitting diodes (LEDs), which is crucial for the thermal management of solid-state lighting, needs to be measured accurately. In this paper, a dynamic junction temperature measurement system for LEDs was proposed and the calibration including instrument calibration and factor K calibration were presented. The influence of the fast switch time in dynamic junction temperature test was analyzed and measurement errors caused by sampling delay were quantified. To prove the accuracy of the present system, comparison experiment was conducted. It shows a good agreement between the experimental data and reference value. Experiments also show that the measurement accuracy of the instrument can be up to 0.1?°C, and the standard error of temperature measurement can be controlled within 1%.     

考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型

常用的偏振成像理论模型大多基于理想偏振片假设,即偏振片的消光比为无穷大且主方向已知,而实际偏振片的非理想性会对偏振成像系统的测量精度产生明显的影响,为降低这种影响,对考虑偏振片非理想性的偏振成像模型进行研究。以基于斯托克斯矢量的偏振成像模型为基础,通过分析实际偏振片对入射光偏振态的改变,提出了一种考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型,给出了考虑实际偏振片性能及主方向误差的偏振度、偏振角修正公式。利用分时偏振成像系统对线偏振光的偏振度进行测量,实验结果表明:当偏振片消光比为100:1时,理想模型的线偏振光偏振度测量的平均相对误差为5.53%,修正模型的偏振度测量的平均相对误差降低到3.62%。应用该修正模型可在使用低消光比偏振片时达到与高消光比偏振片相当的偏振度测量精度,使偏振成像系统能够拥有更大视场,成本降低。     

液晶可变延迟器相位延迟-电压曲线精确快速标定

相位延迟-电压曲线的精确标定是向列型液晶可变相位延迟器能否实现高精度偏振测量的关键。为了提高液晶相位延迟的测量精度,建立了一套精确高效的自动测量系统。首先,提出了一种新的测量方法,该方法综合了光强法、索累补偿器法以及等偏离测量技术,可以解决现有方法测量精度低或效率低的问题。在此基础上建立了测量系统,并利用Labview技术实现了系统的自动化测量,进一步缩短了测量时间。最后,对系统的测量误差、重复精度以及工作效率进行了实验验证。实验结果表明,系统延迟测量误差小于0.0575%λ,重复精度小于0.0197%λ,可在30 min内完成100个延迟采样点的自动化测量。该系统适用于可见光范围内液晶可变延迟器相位延迟-电压曲线的精确标定。