近年来，有机-无机杂化钙钛矿在太阳能电池、发光二极管、激光器、自旋电子器件、光电探测器等领域得到了广泛应用，而三元混合阳离子钙钛矿薄膜相较于二元混合阳离子钙钛矿薄膜在太阳能电池中的转换效率更高。首先，用一步旋涂法在Si基底上制备了高质量的FA_0.79MA_0.16Cs_0.05PbI_2.52Br_0.48（FAMACsPbI_2.52Br_0.48）薄膜，分别用X射线衍射、扫描电子显微镜以及椭圆偏振光谱仪对样品的晶格结构、表面形貌和光学性质进行了表征。然后，用Tauc-Lorentz模型给出了薄膜的光学常数，并计算了其介电函数的二阶导谱，光电跃迁分别位于1.66，2.21，3.36 eV处。结果表明，光电跃迁的峰位主要由X位掺杂决定，而A位掺杂对光学跃迁的贡献几乎可以忽略。最后，用时域有限差分方法模拟了基于FAMACsPbI_2.52Br_0.48材料的典型钙钛矿太阳能电池的光学特性，结果表明，该太阳能电池表现出的光学特性与三元混合阳离子钙钛矿的椭偏分析结果相一致，基于FAMACsPbI_2.52Br_0.48钙钛矿薄膜的太阳能电池采光效率可达到85%以上。

紫外可见偏振成像光谱仪中沃拉斯顿棱镜的色散效应会导致探测器同一空间通道的中心坐标发生偏移,影响目标信号探测精度。根据偏振解调算法,利用沃拉斯顿棱镜出射的两正交分量调制光谱(S光和P光)实现偏振信息解调时,还需要完成光谱匹配。针对这一问题,提出了一种光谱定标与匹配方法。首先利用平行光源标定了仪器视场角与空间维像元的对应关系,提取出各空间通道对应的像元坐标集合并确定了视场定标方程;在同一空间通道内,通过低压汞灯标准光源对波长与像元的对应关系进行标定,得出光谱定标方程;利用视场定标和光谱定标结果完成正交分量光谱的匹配;最后利用太阳光谱中Fraunhofer线的特征波长对定标结果进行了检验。结果表明:紫外可见偏振成像光谱仪正交分量的光谱吸收峰位具有较好的一致性,定标值和标准值的偏差在0.1 nm以内,这验证了定标结果的准确性。

提出了一种基于可调偏振度源的偏振定标方法, 利用方法完成了基于偏振光谱强度调制(PSIM)技术偏振光谱仪的线偏振光偏振度测量结果定标校正。以可调偏振度源输出的不同偏振度的线偏振光作为待测光源, 用PSIM偏振光谱仪测量待测光源输出得到原始数据。将原始数据解析处理得到的偏振度谱与待测光源输出的理论偏振度谱进行线性拟合, 得到校正系数。利用该校正系数对PSIM偏振光谱仪的测量处理结果进行定标校正。结果表明: 在有效测量波段内(500~650nm), 定标校正后PSIM偏振光谱仪的线偏振度测量解析精度明显提高, 与待测光源输出的标准偏振度值间的最大误差由0.017减小到约为0.003, 基于可调偏振度源的偏振定标校正方法具有可行性。

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。

卫星遥感器辐射校正场的地表反射辐射测量（例如地表反射率、地表辐亮度等）对卫星遥感器的在轨定标至关重要。由于地物光谱仪自身具有一定的偏振敏感性，场地反射辐射的偏振特性将会引入偏振测量误差。采用基于偏振成像仪和塔吊的非定点测量方式以及基于偏振光谱仪和BRDF测量架的定点测量方式，测量了敦煌场490 nm和670 nm波段场地反射辐射的多角度偏振分布和局地偏振均匀性。试验结果表明，敦煌辐射校正场的反射辐射具有一定的偏振特性。偏振特性和波段有关，490 nm波段偏振度明显大于670 nm波段。490 nm和670 nm波段的多角度偏振分布关于太阳主平面对称。在太阳主平面内，前向散射区偏振度大于后向散射区，并随天顶角变大而变大。两种测量方式获得了一致的偏振特性分布规律。获得了直径100 m区域的场地反射辐射局部均匀性，均匀性在6%左右。研究场地反射辐射的偏振特性对于场地辐射探测方案的改进以及辐射测量精度的提高具有重要意义。

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪, 其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性, 进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件, 将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度, 首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性, 然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明: 在460~920 nm波长范围之间, 偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性, 加装退偏器之后, 偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性, 实测值与理论值的绝对误差均在2%以内, 从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性, 能够满足实验测量的要求。

大气气溶胶是引起全球气候变化和空气质量问题的重要因素之一, 利用卫星遥感监测全球大气气溶胶具有重要意义。利用大气气溶胶的多角度偏振光谱信息联合反演, 可有效去除地表反射的影响, 获得精确的遥感结果, 因此亟需研究具备多角度偏振光谱信息获取能力的一体化光学仪器。所设计的多角度偏振成像光谱仪光学系统, 前置望远物镜采用多镜头视场拼接方式, 实现地面目标沿轨方向±60°内多角度探测, 分光系统共用一个Offner分光装架。像质评价结果显示, 在探测器奈奎斯特频率处中心波段的MTF达到0.8, 点列图均位于艾里斑范围内, 各项指标均满足设计要求。光学系统整体结构紧凑、无运动部件, 可实现目标多角度偏振光谱图像的信息获取。

研究了基于四分之一波片-复合双折射光楔-偏振片空间调制结构的定标方法, 并给出了相应的光谱、辐射定标方程。基于结构的偏振调制原理, 提出了线性最小二乘偏振定标方法。仿真分析表明, 该定标方法对于调制结构偏振调制系数的定标精度要比传统的四点法更高, 最小二乘定标法得到的调制系数与真实调制系数间的偏差波动在整个调制周期内约为2×10-4, 且呈随机分布。

基于四分之一波片-复合双折射光楔-偏振片的空间偏振调制结构, 提出了四光束校正方法, 对四分之一波片延迟量误差进行校正, 从而达到提高线偏振测量精度的目的; 利用计算机仿真手段, 研究了待测目标圆偏振参量变化时, 线偏振参量测量结果的变化情况以及相应的测量精度水平。仿真结果表明: 当待测目标的线偏振度、圆偏振度分别在0.1~0.2、0~0.2随机波动时, 延迟校正后的斯托克斯参量Qi、Ui以及线偏振度的测量精度优于10-3, Ui以及线偏振度的测量精度比延迟校正前提高了约14倍。

采用阳极层线性离子源解离氮气对玻璃表面进行刻蚀处理, 研究表面改性后玻璃表面的变化, 并分析离化电压对表面粗糙度、 折射率以及光学厚度的影响。 在此基础上, 基于椭圆偏振光谱仪, 通过对比不同表面状态下的Δ光谱, 讨论固定波长变化入射角的Δ光谱曲线特征与表面折射率、 布儒斯特角、 粗糙度以及光学厚度之间的关系。 结果表明, 刻蚀后玻璃的布儒斯特角附近的Δ光谱曲线形状发生变化, 突变向高角度偏移, 曲线下降斜率增大。 通过建模并拟合分析发现, 氮离子束轰击使玻璃表面产生光密介质层, 表面折射率增大, 布儒斯特角增大, 粗糙度降低, 且随离化电压升高, 折射率不变, 而光密介质层厚度增加。 由原子力显微镜分析表面形貌, 验证了离子束对玻璃表面的平整化作用。 X射线光电子能谱结果表明离子束使玻璃表面发生选择性溅射, 推断光密介质层的产生来自于离子束对玻璃表面的夯实作用。 此外, 推导并验证了Δ光谱曲线的特征与材料表面状态之间的普适关系, 提出了基于椭圆偏振光谱仪的材料表面评估方法, 即Δ曲线的突变发生角度增大说明折射率与布儒斯特角的增大; 下降斜率增大说明表面粗糙度减小; 曲线两端尖角增大说明光学厚度增大。 反之亦然。