为实现传统红外成像系统与红外偏振成像系统探测能力的比较，基于系统的最小可分辨温差和最小可分辨偏振度差，分别建立了二者的作用距离模型，讨论了非理想探测器的参数对系统探测能力的影响，并设计了相应实验，验证了建立模型的可靠性，为实际探测中不同应用场景下的成像系统选择提供了参考。

The recent era of fast optical manipulation and optical devices owe a lot to exciton-polaritons being lighter in mass, faster in speed and stronger in nonlinearity due to hybrid light-matter characteristics. The room temperature existence of polaritons in two dimensional materials opens up new avenues to the design and analysis of all optical devices and has gained the researchers attention. Here, spin-selective optical Stark effect is introduced to form a waveguide effect in uniform community of polaritons, and is used to realize polarization modulation of polaritons. The proposed device basically takes advantage of the spin-sensitive properties of optical Stark effect of polaritons inside the WS₂ microcavity so as to guide different modes and modulate polarization of polaritons. It is shown that polaritonic wavepacket of different mode profiles can be generated by changing intensity of the optical Stark beam and the polarization of polaritons can be controlled and changed periodically along the formed waveguide by introduction birefringence that is sensitive to polarization degree of the optical Stark beam.The recent era of fast optical manipulation and optical devices owe a lot to exciton-polaritons being lighter in mass, faster in speed and stronger in nonlinearity due to hybrid light-matter characteristics. The room temperature existence of polaritons in two dimensional materials opens up new avenues to the design and analysis of all optical devices and has gained the researchers attention. Here, spin-selective optical Stark effect is introduced to form a waveguide effect in uniform community of polaritons, and is used to realize polarization modulation of polaritons. The proposed device basically takes advantage of the spin-sensitive properties of optical Stark effect of polaritons inside the WS₂ microcavity so as to guide different modes and modulate polarization of polaritons. It is shown that polaritonic wavepacket of different mode profiles can be generated by changing intensity of the optical Stark beam and the polarization of polaritons can be controlled and changed periodically along the formed waveguide by introduction birefringence that is sensitive to polarization degree of the optical Stark beam.

为了在多云天气下实现天空偏振定向，提出了一种利用改进的U-Net深度神经网络结合偏振度阈值进行云分割的方法，并基于瑞利散射理论获取太阳方向与体轴夹角实现天空偏振定向。采用包含3个残差结构的Respath模块将U-Net神经网络的编码区与解码区更好的融合，并在下采样时添加MultiBlock模块，使输入图像的特征更好地被学习。将神经网络预测的二值分割图与设置偏振度阈值为0.1的二值分割图进行或运算得到能够较好地分割云和蓝天的二值图。最后，将该二值图作为mask模板去除偏振方位角图中异常像素点，使保留的像素点符合瑞利散射理论，进而获取太阳方向与体轴的夹角。多云天气下的实验表明，该方法获取载体坐标系下太阳方位角的均方根误差为0.42°，能够满足实际导航需求。

球形粒子群的偏振散射特性已经通过研究获得，但是真实环境中粒子形状为非球形，非球型粒子的多次散射偏振特性规律尚未得到。基于T矩阵计算方法对非球型粒子散射模型进行了改进，获得了非球型粒子的散射振幅矩阵，对椭球形粒子，圆柱形粒子以及且切比雪夫粒子的偏振特性进行了模拟，分析了不同横纵轴比、形状、波长对粒子偏振特性的影响。研究结果表明：对于椭球形粒子而言，偏心率由2变为3后偏振度最大值从散射角130°变为90°，450、532、671 nm的偏振度分别增大了50%、25%、24%；圆柱粒子长短轴互换对于偏振度的改变影响不大。切比雪夫粒子表面的不规则度由3变为8后，偏振度增大了18%。研究结果为非球型粒子群的多次散射特性提供了理论基础，最终解决了真实环境与理想环境之间的偏振传输特性差异的问题。

雾霾天气严重干扰了可见光成像效果，利用可见光偏振特性可以有效提升探测效率。雾霾环境会受到气溶胶颗粒湿度的影响，湿度是雾霾环境重要物理参数。为了获得可见光在雾霾环境的偏振特性规律，分析了环境湿度对偏振特性的影响。在非偏振光气溶胶单粒子散射特性基础上，采用改进蒙特卡罗方法建立了偏振传输模型，对不同湿度水雾环境下可见波段偏振光传输特性进行研究，重点分析水雾环境湿度改变对不同可见光波段偏振光偏振特性的影响情况并建立了接近真实水雾环境，通过室内实验对偏振模型进行验证，对不同湿度环境下的 450、532 、671 nm 线偏振光与圆偏振光的偏振度与偏振态改变进行了比较与分析，仿真模型置信度>60%。研究结果表明：偏振光的偏振度随水雾环境湿度是呈下降趋势。随着波长的增大，偏振度变化趋于平缓，出射偏振度随着波长的增加而变大，当激光波长为 450、532、671 nm 时，偏振度下降点的湿度值分别为 50%、70%、90%；圆偏振光入射，圆偏振光的旋性对于偏振度没有影响，且高于线偏振度值。对于水雾这种容易受湿度影响较大的环境而言，在可见光波段，应该尽量选择较长波长的偏振光进行传输探测，因为湿度对较短波长的影响比较长波长的影响要大，所以，在湿度较大的环境中，较长波长的圆偏振光是偏振保持特性最好的。在湿度较大的环境中，应尽量选取波长较长的偏振光成像，以达到较好的成像效果。

红外偏振成像可突显目标、识别真伪，准确掌握目标红外辐射偏振特性可有效提高目标的探测识别概率。针对现有目标红外辐射偏振特性模型未考虑粗糙表面导致的遮蔽效应的问题，本文基于微面元双向反射分布函数模型，利用穆勒矩阵构建出含有遮蔽函数的粗糙表面红外辐射偏振度的斯托克斯解析模型。针对光线表面粗糙度和入射角对金属和非金属目标红外辐射偏振度的影响进行定量分析。分析结果表明：无论是金属还是非金属，其红外自发辐射偏振度都随粗糙度的增大而减小，非金属自发辐射偏振度下降的幅度大于金属偏振度；当粗糙度及温度相同时，金属的红外辐射偏振度始终大于非金属；红外辐射偏振度先随入射角的增加而增加，而后在特定入射角下达到峰值，超过一定入射角后，偏振度大幅下降，金属和非金属的红外辐射偏振度间的差异在一定入射角度范围内将达到最大，这有助于区分金属与非金属。最后，利用长波红外微偏振成像系统和近红外偏振成像系统进行不同场景目标的图像采集，获取目标的红外辐射偏振特性，实验结果与理论分析结果基本吻合。本文对研究目标偏振特性、优化设计红外偏振系统以及后续偏振图像处理均具有重要意义。