1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
2 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, 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
3 合肥市农业行业首席专家工作室, 安徽 合肥 230031
4 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
太阳光在地球大气传输过程中产生的散射会呈现出固有的偏振特性，因此利用大气散射偏振态分布特性及其与太阳照射几何以及地表观测几何之间存在的对应关系，为地球大气层内导航提供了可能。然而因气象变化造成的大气组分改变会直接影响光散射分布，从而影响基于偏振态分布的方向定位精度，因此在偏振导航实际应用过程中，其方向指引精度受大气状况影响较大。为研究不同气象条件下天空偏振态变化内在机理，研制了一台天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪。该仪器可按需进行定时段、定天区、多天候天空光谱偏振态测量，采用分时偏振同时分谱非成像测量体制。仪器主要由偏振分析模块、偏振检测方位定位驱动电机、微型光谱仪、GPS定位模块、嵌入式采集控制模块、二维载重转台等部分组成，光谱范围为390～960 nm，光谱分辨率为1.5 nm，观测视场为3°，光谱线偏振度测量精度优于98.85%，偏振角测量精度优于0.1°，单点观测时间小于9 s。经实验室定标和外场测试，表明该仪器可在多种气象条件下稳定观测天空光谱偏振态，其测量数据可用于天空偏振态影响机理相关研究。
天空光 散射 偏振测量 气溶胶 光谱 skylight scattering polarimetry aerosol spectrum 大气与环境光学学报
2024, 19(1): 111
1 广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院，广东 广州 510006
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
3 通感融合光子技术教育部重点实验室，广东 广州 510006
4 广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
光频域偏振测量（OFDP）是一种基于扫频激光干涉原理的分布式光纤偏振测试技术，它能够精确获取保偏光纤、器件、组件与光路的偏振特性及其空间分布，实现高性能器件与光路的性能测试与质量评价，以及缺陷分析与故障诊断。OFDP优点是可兼顾超高测量灵敏度、超大测量范围、高精细度、长测量距离、动态快速测量等，已逐渐发展成为性能最优的分布式光纤测量技术之一。本文回顾了OFDP的测量原理，定量分析了分布式偏振串音的测量极限，综述了分布式偏振测试性能提升的若干关键技术，给出了高精度偏振器件与光路的测试典型应用，并讨论了其技术挑战和未来潜在的研究方向。
光频域偏振测量 分布式光学测量 偏振串音 保偏光纤与器件 光纤陀螺 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0112002
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 中国科学院光学天文重点实验室（国家天文台），北京 100101
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 中国科学院地质与地球物理研究所 地球与行星物理重点实验室，北京 100029
4 中国科学院大学，北京 100049
为了使2.16 m望远镜具备线偏振测光观测能力，开展了偏振光度计研制。该系统采用双通道分时偏振成像方案，具有偏振定标单元、偏振测量单元，可实现偏振定标、偏振测量和多色测光。完成系统研制后，将其安装在2.16 m望远镜上开展实测，依照该偏振光度计偏振观测流程拍摄了一系列非偏振标准星、偏振标准星、流量标准星；按照偏振定标和偏振态解算数据处理方法，对获取图像进行数据处理。结果显示：该偏振光度计视场为4.63′×4.63′，像元比例尺为0.54 (″)/pixel，偏振度测量精度优于0.01，60 s曝光时间可以拍摄到V波段信噪比约为141的15.3等星。该偏振光度计使2.16 m望远镜具备V波段线偏振测光和快速多色测光观测能力。
成像偏振测量 偏振测光 线偏振测光 天文测光 imaging polarimetry photopolarimetry linear polarization photometry photometry 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220830
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 张江实验室，上海 201210
斯托克斯偏振测量常被用于获取光束的偏振特性。提出一种利用偏振无关的达曼光栅快照式测量偏振光束斯托克斯参量的方法。偏振光束通过达曼光栅后在空间对称的位置上被分成4束，这4束光经波片和线偏振器调制后，最终被CCD采集。将单次快照采集的光强图简单叠加运算就可计算得到偏振光束的斯托克斯参量，并可进一步计算得到偏振光束的偏振分布、矢量质量因子（VQF）和模间相位。所提测量方法对不同椭圆偏振光的测量结果与商用偏振测量仪的测量结果之间的平均相对误差为6.97%。所提方法的测量装置简单，无需转动任何器件，单次快照就可完成测量，具有可靠的测量精度。
测量 偏振测量 斯托克斯参量 达曼光栅 光学学报
2023, 43(13): 1312002
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 中国科学院国家天文台，北京 100101
2 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
随着科学家对探测精度的要求不断提高，探测设备的偏振精度愈显重要。如何精确测量元件及系统的偏振特性以优化并提高设备的偏振测量精度是一个关键问题。设计并建立了一套中红外穆勒矩阵椭偏仪，在12.32 μm波长下，使用非线性拟合法和双旋转法对系统进行了定标和测试比对。结果表明，该椭偏仪的穆勒矩阵测量精度优于0.02；透、反射样品的重复测量精度分别为0.01和0.02。该研究可为中红外穆勒矩阵椭偏仪的设计和应用提供借鉴。
测量 椭偏测量 中红外 穆勒矩阵 偏振测量 光学学报
2022, 42(18): 1812004
1 山东非金属材料研究所, 山东济南 250031
2 陆装南京军代局泰安军代室, 山东泰安 271039
为了降低红外探测技术对**目标生存能力的威胁, 研制了红外低辐射膜。设计并制备了基于一维光子晶体结构的红外低辐射膜, 通过结构参数优化, 改善了其红外波段反射性能, 并降低了薄膜总厚度。采用红外椭偏仪测试了原材料 Ge膜和 ZnS膜的厚度和折射率, 将测试结果带入设计结构, 制备了 8～12 .m发射率分别为 0.045、0.097、0.174和 0.346的红外低辐射膜。研究结果表明, 通过结构优化, 可制备出不同发射率的红外低辐射膜, 满足**装备不同辐射背景下的红外隐身要求。
一维光子晶体 红外低辐射膜 椭圆偏振测量 红外反射率 红外发射率 one-dimensional photonic crystal, infrared low-emi
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
