基于S波片和双延迟器的偏振特性, 提出了一种矢量光场的生成及偏振调控方法, 该方法能够将标量高斯光束转换为偏振态分布可调谐的矢量光束。结合Stokes-Mueller矩阵算法, 建立了矢量光场偏振调控的数学模型, 并仿真计算出标量高斯光束经过S波片和双延迟器(包括双1/4波片和双1/2波片两种情况)后的偏振态空间分布。讨论了双延迟器相对旋转时光场偏振分布的演化规律及机理, 实验结果与数值仿真结果相互吻合, 表明该方法可以实现对标量相干光场的复杂偏振调控, 验证了理论分析的正确性和该方法的可行性。

针对双波片偏振调控结构, 基于Stokes-Mueller矩阵偏振算法, 对双1/4波片和双1/2波片的偏振调控机理作了详尽的理论分析, 得出调控偏振态与双波片快轴方向之间的关系, 并追迹其在庞加莱球上的运动轨迹.基于双波片调控结构搭建偏振测量系统, 根据入射和出射Stokes矢量构建了投影关系矩阵算法, 完成了待测元件Mueller矩阵的测量, 并分析了波片的快轴方向误差和位相延迟误差对Mueller矩阵测量结果以及对出射偏振态调控精度的影响.分析结果表明: 波片的快轴方向误差控制在±2°内, 位相延迟误差不大于λ/300时, Mueller矩阵的最大测量误差为0.040 2, 波片自身误差对测量结果的影响可以忽略不计; 波片自身误差所引起的方位角误差不大于0.16 rad时, 快轴方向误差引起的椭率角误差最大不超过0.032 rad, 位相延迟误差导致的椭率角误差小于0.015 rad, 且对偏振度无影响.

星载多角度偏振成像仪可以获取目标的多角度偏振辐射信息, 探测精度是重要的技术指标。 为研究仪器的测量精度及相关的误差因素, 以Stokes-Mueller为数学描述方法, 分析仪器的原理和光路结构特点, 从理论上推导了仪器的偏振辐射测量模型, 并通过实验初步验证了镜头Mueller模型的正确性。 在考虑目标光各种偏振态的情况下, 分析了非理想光学器件重要参数对目标光偏振度测量结果的影响, 得到了偏振度测量误差与通道相对透射率、 空间高频相对透射率/响应率、 线偏振片振透轴方位角、 镜头线性双向衰减这四种参数偏差之间的关系。 按照仪器探测精度要求, 结合各参数偏差对应误差最敏感的目标光偏振态, 从理论上提出了各重要参数的误差容限。 该研究为整个仪器的研制、 定标及后期数据处理提供了理论依据。