1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
4 航天系统部 装备部 装备项目管理中心，北京 100094
5 长光禹辰信息技术与装备（青岛）有限公司，山东 青岛 266000
为了满足高精度偏振探测要求，通道型偏振光谱仪在设计时需要考虑望远镜组偏振效应的影响，并对其进行相应的分析和优化。首先，分析望远镜组偏振效应的影响因素，采用坐标变换和穆勒矩阵连乘法建立了考虑膜系偏振效应的望远镜组穆勒矩阵模型，并带入通道型偏振光谱仪偏振解调模型。接着，通过同时控制S光和P光的透过率和相位延迟，设计相应的低偏振效应膜系。最后，运用偏振光线追迹的方法对镀有不同膜系的望远镜组进行偏振效应仿真。仿真结果表明，在580 nm和750 nm波长处，低偏振效应膜系与高偏振效应膜系的偏振探测精度变化不明显。而在420 nm波长处，低偏振效应膜系相较于常用膜系的边缘视场偏振探测精度提高了3.22%。低偏振效应膜系可以有效降低通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应，提高仪器的偏振探测精度。
偏振光谱相机 偏振效应 斯托克斯矢量 穆勒矩阵 polarization spectrum camera polarization effect stokes vector muller matrix
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
地球上海洋面积约占70%, 海面之下蕴含着大量的资源待人类探索、开发和利用。但由于水下环境复杂多变, 想要对水下世界进行探索和发现并不简单。偏振成像技术因其与传统光学成像技术相比具有多维偏振矢量信息, 一经提出便广受学术界关注, 这也促成了水下偏振探测及处理技术的蓬勃发展。在对水下目标物进行成像时, 因为水体中大量微粒和一些可溶性物质会对光产生吸收和散射作用, 导致进入接收器的光能量发生严重衰减, 致使水下图像模糊不清、质量不佳很难达到实际应用需求。文章通过研究不同类型光照条件下水下目标的偏振成像特性, 使用CMOS相机在不同类型光源的照射下对目标物分别进行水下偏振成像; 再对采集到的不同角度的偏振图像运用Stokes矢量法计算得到其偏振度、偏振角和反射光总光强等偏振分量图像; 通过图像融合的方式对获取到的偏振信息图像进行融合以结合不同偏振矢量图像的优势信息; 最后使用拉普拉斯边缘增强技术对融合图像进行增强进而实现退化图像的复原。
水下成像 偏振 斯托克斯矢量 图像融合 underwater imaging polarisation stokes vector image fusion
在打破传统蒙特卡罗方法在光线跟踪计算时各个子过程连贯性的基础上, 发展了灵活的逆正向蒙特卡罗法, 进而利用该方法研究了介质的矢量辐射传输问题。通过建立一维梯度折射率半透明介质模型, 模拟了大气层折射率分布, 得到了考虑偏振时介质自身的 Stokes 矢量。研究结果表明, 梯度折射率介质不同表面的发射率存在一定的区别, 散射性介质在考虑偏振时表面发射率的结果与标量方法存在一定的差异。逆正向蒙特卡罗方法可用以解决矢量辐射传输这类复杂问题。
蒙特卡罗法 梯度折射率 斯托克斯矢量 Monte Carlo method gradient index Stokes vector 大气与环境光学学报
2022, 17(5): 521
光子学报
2021, 50(12): 1217002
辽宁师范大学物理与电子技术学院，辽宁 大连 116029
穆勒矩阵是一种用斯托克斯矢量描述光波在传播过程中偏振态变化的关系矩阵，是获取物体偏振特性的重要手段。但穆勒矩阵的测量与材料、粗糙度、入射角、环境等因素有密切关系。采用多次旋转波片和偏振片的方法测量了不同入射角下，铜、铝、钢、硅和蓝宝石五种材料的穆勒矩阵，分析了入射角对穆勒矩阵各分量值的影响。根据Lu-Chipman 极化分解方法对穆勒矩阵进行了分解，并分析了样品双向衰减特性、起偏特性、相位延迟特性、退偏振特性与入射角之间的关系。同时发现金属和电介质材料、两个分量随入射角变化的规律不同，可作为区分金属与电介质的一个依据。该分析结果对研究物体的偏振特性和材料识别有一定参考价值。
物理光学 偏振 斯托克斯矢量 穆勒矩阵 入射角 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1726001
1 国家电网公司西北分部, 西安 710048
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉 430205
随着无中继光纤传输系统的广泛应用, 其复杂度与成本成为需要考虑的因素。提出了一种简化的无中继传输系统, 采用斯托克斯矢量-直接检测(SV-DD)代替相干接收机。仿真研究了单波与三波复用情况下的128 Gb/s 16QAM信号传输系统性能。仿真结果表明: 该系统能够很好地将信号解调出来, 前向与后向喇曼泵浦在功率为0.6 W和0.8 W情况下性能较好, 能够承受约400 ps·nm-1的残余色散。
斯托克斯矢量 无中继 光纤通信 喇曼放大 单模光纤 Stokes vector unrepeatered optical fiber communication Raman amplifier single mode fiber
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所, 天津 300160
3 河北师范大学物理科学与信息工程学院, 河北 石家庄 050024
通过在分焦平面(DoFP)偏振相机前置相位延迟器,可将线偏振斯托克斯矢量的测量拓展为全斯托克斯矢量(FSV)的测量。针对基于DoFP相机的FSV偏振仪,提出了两种分别利用矩阵分解和伪逆模型估算FSV的优化策略。针对不同的FSV估算模型,这两种优化策略在两次光强采集的条件下可最小化测算方差,从而实现了测量精度的最优化。特别地,利用DoFP相机固有的测量冗余特性,提出了基于两次光强采集的波片相位延迟量自标定解析解,该自标定算法可在实际应用中替代波片相位延迟量标定环节,同时为动态变化环境下的实时偏振测量提供技术支撑。
物理光学 偏振 偏振仪 分焦平面相机 全斯托克斯矢量 自标定
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春130022
以斯托克斯矢量理论为基础, 通过搭建偏振传输半实物模拟装置进行模拟实验, 观测激光在模拟环境(不同浓度的椭球粒子在非均匀分布状态)下偏振度(degree of polarization, DOP)的变化。实验选取灵芝孢子碳化粉末作为椭球粒子的实验对象, 通过烟雾机将椭球粒子形成不同浓度的烟雾, 研究入射波长为532 nm、671 nm的激光在0°、+45°、90°的线偏振光以及左旋圆偏振光经过模拟环境后偏振度(DOP)的变化情况。实验结果表明: 入射偏振光随着烟雾浓度的增大, 偏振度呈下降趋势; 3种入射线偏振光随浓度增大降幅不尽相同, 没有明显的规律可循; 不同波长低浓度烟雾时, 线偏振光与圆偏振光的偏振度下降幅度大抵相同, 大约为3%左右; 随着烟雾浓度的增大, 线偏振光的偏振度表现出不同程度的下降, 可达20%, 圆偏振光的偏振度仅下降5%, 表现出了较好的保偏能力。
偏振传输 斯托克斯矢量 椭球粒子 非均匀分布 偏振度 polarization transmission Stokes vector ellipsoid particles non-uniform distribution degree of polarization (DOP)
国防科技大学 电子科学学院 ATR 重点实验室, 湖南 长沙 410073
针对海面场景长波红外偏振特性建模问题, 文中根据表面微元双向反射分布函数BRDF, 对物体表面偏振效应进行了分析, 并结合红外发射效应和红外反射效应的综合作用, 提出了一种长波红外偏振度计算模型.该模型有效描述了偏振度和物体自身红外发射值、红外反射值以及探测角之间的关系.利用RadthermIR软件对海水辐射、大气辐射与舰船目标辐射进行计算, 结合本文构建的偏振度计算模型, 仿真了不同时间段内、不同观测角度下海面背景和舰船目标在长波波段的偏振度变化规律.通过仿真数据与实际测量数据的对比分析, 结果表明两者具有较好的拟合度, 验证了该模型对于海面场景偏振度计算的有效性.
红外偏振 斯托克斯矢量 偏振仿真 发射和反射 infrared polarization Stokes vector polarization simulation emitted radiation and reflected radiation
