清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055
从技术上获取悬浮粒子与光相互作用的指标体系，从理论上模拟悬浮粒子与光相互作用的过程和机制，进而借助光散射技术对悬浮粒子的微物理属性进行定性定量的识别、区分和反演，是相关领域研究者的关注焦点。光学测量中的偏振散射分析，不仅能实现原有粒子散射过程的检测，还能借助偏振矢量分析有效扩展实验数据的信息维度，从而为不同粒子类别和属性差异的细化识别提供可能。本文针对悬浮粒子的测量与分析问题，从测量技术、计算理论、实测数据分析几个方面对光散射相关进展进行了综述，并重点关注了基于粒子散射偏振分析提取的悬浮粒子研究进展。
悬浮粒子 偏振测量 散射特性 光学学报
2023, 43(18): 1899915
1 中北大学 仪器与电子学院, 山西 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院, 山西 太原 030051
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
针对高精度、快速实时的偏振测量需求, 提出了一种双弹光差频调制的偏振参量测量方法。对偏振测量原理进行了详细分析, 针对双弹光调制器工作控制及信号解调需求, 设计了基于数字可编程逻辑门阵列(FPGA)的多通道数字锁相数据处理方案。FPGA提供一定频率占空比的脉冲宽度调制波(PWM), 经高压谐振电路输出正弦高压驱动弹光调制器工作, 与此同时, 探测器探测到的调制光信号经模数转换器(ADC)采集后进入FPGA中。FPGA提供本地参考信号完成多个频率信号的同时解调, 进而单次测量便可得到4个斯托克斯分量。搭建了实验系统进行了实验验证, 利用旋转1/4波片法建立了偏振产生装置, 实现了对线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的测量。实验结果表明, 系统测量的相对误差小于0.8%, 重复性标准差小于0.2%, 单次测量时间小于200ms,实现了高精度、重复性好、实时的偏振测量。
弹光调制 偏振测量 斯托克斯矢量 数字锁相 photoelastic modulation polarization measurement stokes vector digital lock-in amplifier
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
基于光谱调制的线偏振测量技术通过光谱调制模块可将入射光的偏振信息调制到光谱维。光谱调制模块由消色差1/4波片、多级波片和偏振分束器组成,能够在单次测量中获取目标的线偏振及光谱信息。将调制模块和光栅光谱仪相结合,设计了双通道偏振测量系统。推导了系统偏振测量模型,分析了光谱仪光谱展宽对调制光谱的影响,并采用分周期最小二乘曲线拟合方法实现了对偏振信息的解调。此外,搭建了测试装置来验证测量系统的性能。首先,利用完全线偏光对多级波片的延迟量和系统的偏振效率进行了标定。然后,利用可调偏振度光源验证了系统的偏振测量精度。实验结果表明,可调偏振度光源输出的理论线偏振度值与测量值间的最大绝对偏差为1.11%,线偏振方位角的最大偏差为0.7°,即所提系统具有较高的偏振测量精度。
测量 偏振 光谱调制 解调 偏振测量精度
李朕阳 1,2,3,**刘振海 1,3,*邹鹏 1,3,*朱双双 1,2,3[ ... ]洪津 1,2,3,***
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
高精度偏振扫描仪(POSP)采用分孔径和分振幅的同时偏振测量技术,可获取目标的高精度多光谱偏振辐射信息,其测量精度是影响载荷在轨应用的关键指标之一。仪器研制完成后,实验室条件下完成偏振和辐射定标以及测量精度的评估。为检验实验室定标结果,开展自然目标探测下的地面验证实验,使用POSP在晴朗天气沿太阳主平面对天空进行扫描,将获取的天空辐亮度和偏振度数据与同时刻由CE318N太阳-天空偏振辐射计采集的数据进行对比,并讨论影响两台仪器数据的因素。实验结果表明,两台仪器的辐亮度一致性偏差小于4%,偏振度一致性偏差小于0.005,具有较好的一致性,验证POSP实验室定标的准确性及自然目标下的探测能力,可为后续星载数据的处理和应用提供依据。
朱双双 1,2,3,**杨洪春 2,3,*李朕阳 2,3雷雪枫 1,2,3[ ... ]洪津 2,3,***
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
对我国自主研发的偏振扫描仪(POSP)开展了偏振探测实验,主要包括地面实验和航空校飞实验。其中,地面实验是对天空进行扫描,可获取天空的偏振度和辐亮度数据;而航空校飞实验是对地表进行扫描,可获取地表的偏振度和辐亮度数据。为了和POSP获取的偏振辐射数据进行对比分析,在实验过程中同时配置了1台三分束同时偏振相机进行偏振探测。结果表明,2台偏振仪器获得的偏振辐射数据具有较好的一致性,初步验证了POSP偏振探测实验数据的有效性,同时,实验获取的偏振辐射数据可为后期大气气溶胶参数的反演提供有效的支持。
遥感 偏振扫描仪 偏振测量 辐射测量 光学学报
2019, 39(11): 1112002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
为了满足偏振扫描仪的偏振测量精度要求,提出一种利用偏振扫描仪星上偏振定标器精确测量标准偏振态数值的方法。首先介绍了偏振扫描仪的技术特点、测量原理和偏振定标模型;其次结合仪器特性,将地球反照光+线偏振定标器/非偏振定标器作为在轨偏振定标的偏振态标准源;然后分别设计了专用的线偏振定标器和非偏振定标器;最后利用马吕斯定律确定线偏振定标器的偏振态数值,将星下点数据筛选出线偏振度小于0.4的下垫面反射光作为非偏振定标器的有效光源,以获得符合要求的非偏振光。所设计的定标器符合全光路、全孔径、端到端的要求,可保障长期在轨偏振测量精度为0.005。
测量 偏振定标 偏振定标器 偏振扫描仪 偏振测量 气溶胶
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
在近场条件下金纳米粒子能引起光场矢量局部变化，针对金纳米粒子的这一特性，提出了一种检测近场光偏振态的新方法。将半径为 50 nm的金纳米小球组成金纳米粒子阵列结构，利用该结构产生一定的光强分布图案，用于检测不同偏振态的光场矢量。利用数值模拟软件 FDTD对金纳米粒子阵列结构进行模拟仿真，结果表明，从仿真图案上可以直观地分辨出 5种不同偏振态的光场。
表面等离子体 偏振态测量 近场 surface plasmons polarization measurement near-field
合肥工业大学 计算机与信息学院,安徽 合肥 230009
液晶相位可变延迟器(LCVR)是一种利用液晶电控双折射效应进行工作的波片,通过改变电场来改变入射光的相位, 因其相位延迟与电压、波长、温度等因素有关,使用前需要进行严格的标定。针对LCVR的标定,提出了一种基于Stokes矢量测量的LCVR标定方法,建立了系 统Stokes矢量与LCVR相位延迟量之间的函数关系,通过偏振态测量仪测量待测系统出射光的Stokes矢量,进而求解出LCVR的相位延迟量。通过与光强法进行 对比分析,验证了Stokes矢量法的正确性,并且,较之光强法测量更加简便,系统不再需要检偏器,避免了透光轴校准和光强值测量带来的误差；最后分析了电压、 入射光的偏振角度、入射光波长,以及温度等对LCVR 相位延迟量的影响。
激光技术 液晶相位可变延迟器 Stokes矢量 相位延迟量 波片 偏振测量 laser techniques liquid crystal variable retarders Stokes vector phase delay wave plate polarization measurement
