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受水体自身吸收和悬浮颗粒强散射的作用,水下光学成像存在严重的“帷幔效应”,造成场景中目标细节信息被淹没在背景散射光中,图像对比度大幅降低。由于目标和背景信息所具有的唯一性和差异性,从光场的偏振特性发展出的水下偏振成像技术可以对水下背景散射光进行有效抑制,利用目标信息光与背景散射光的偏振差异特性将二者有效分离,实现清晰化成像。目前,水下偏振成像技术发展迅猛,已在众多领域具有广泛应用和全新的研究成果。系统地介绍了水下偏振成像技术的基本原理、实现算法和成像效果,并依据现有技术的优缺点对水下偏振成像技术的未来发展进行分析展望。

报道了正交线偏光全息中的正交再现现象。所谓的正交再现,指的是衍射光的偏振态与记录信号光的偏振态是正交的。基于新发展的张量偏光全息理论,分析了正交再现的条件;搭建实验平台,在实验上观察到正交再现现象。通过定量分析与多组实验,可以得出当衍射光实现正交再现时,其功率大小与记录过程中信号光和参考光的干涉夹角有关。实验结果和理论分析结果完全吻合。正交再现现象的发现,有望拓展对偏光全息理论的认知。

使用Stokes矢量表征光子的偏振状态，基于Mie散射理论计算出Muller矩阵，并将该矩阵用于体现海雾粒子的散射特性，利用蒙特卡罗方法求解海雾环境下的矢量辐射传输问题，从而模拟光子在海雾粒子中的散射情况。研究讨论了不同海雾粒子半径下，透射率和反射率随传输距离的变化情况，以及不同入射光偏振态及不同波长的入射光条件下，偏振度随海雾能见度的变化情况。该仿真实验结果为光在海雾粒子中偏振传输特性的研究提供了有益参考。

随着激光技术及量子通信技术的不断发展,声光调制器已经成为多个领域的重要器件。衍射效率和任意偏振光偏振保持能力成为声光调制器的重要指标。通过对声光调制器的衍射效率进行理论分析和实验研究,提出了提升声光衍射效率的理论方法,并设计了一种任意偏振光可偏振保持的正反馈声光调制器系统。经实验验证,该声光调制系统能显著提高声光调制器的衍射效率,且在量子通信领域中可保证任意偏振光的保偏传输。研究结果为光纤耦合声光调制器以及基于声光调制器的量子器件的研究提供了参考。

本文研究了N型掺杂ZnSe/BeTe/ZnSe Ⅱ型量子阱空间间接发光谱的外加电场依赖性。实验结果表明，其发光谱只显示了一个线性偏振度较低的发光峰。这是由于掺杂电子屏蔽了Ⅱ型量子阱中的内秉电场，并使得两个ZnSe阱层具有相同的势。同时该发光谱具有反玻耳兹曼(inverse-Boltzmann)分布，并且线型和线性偏振度在整个栅极电压变化范围内没有显示明显改变。然而，其光谱积分强度却显著地依赖栅极电压的极性变化：在正栅极电压范围内(7~0 V)其光谱积分强度几乎是一个常数，但随着负栅极电压的增加(-1~-7 V)，其光谱积分强度却显著降低。这些行为显示了该样品的空间间接发光谱具有负的带电激子的特征。这个常数的光谱积分强度被解释为掺杂层对外加电场的屏蔽，而这个显著降低的光谱积分强度则被归因于外加电场对掺杂电子的排斥(致使激光激发区域内的电子浓度降低)，从而导致了负带电激子数量的减少。此外，本文也初步探讨了该空间间接带电激子的可能构成模型。

除了具备作用距离远、可全天候工作、隐蔽性好等传统红外强度成像的优点外，基于目标与背景偏振特性差异的红外偏振成像技术能够有效减小背景干扰、抑制背景杂波、增强图像对比度、提高信噪比，应用前景广阔。为了有效抑制空中和海面目标探测过程的背景杂波干扰，增强雾、霾和烟尘以及小温差、低照度和复杂背景环境下的目标探测能力，采用分孔径同时偏振成像方式，完成了焦距为240 mm的四通道制冷型分孔径中波红外偏振成像光学系统的设计。利用蒙特卡洛法进行了公差分析，保证了光学系统加工和装调精度的合理性。像质分析结果表明，光学系统的MTF接近衍射极限，各类像差得到了有效校正，成像质量良好。通过冷反射分析验证了冷像对所设计制冷型红外光学系统成像质量的影响程度。此外，最终完成的光学系统结构紧凑，透过率高，避免了非球面的使用，具有良好的加工和装配工艺性。

设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程。依据信号还原入射光的反演顺序，分析非均匀性干扰信息，依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正。在轨测试期间，设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测数据快速检验方法，满足了大视场偏振成像仪的相对辐射性能检测需求。实验数据表明，单点相对辐射响应差异均小于4%，相对辐射校正方法合理有效。相对辐射校正和在轨快速检验的方法为相关大视场偏振成像仪的研制和在轨辐射定标提供了参考。

长波红外偏振探测器能够大幅提升对热成像目标的识别能力。受制于衍射极限的物理限制，目前的微线栅偏振片型长波红外偏振探测器的偏振消光比基本上只能做到最高10∶1左右。文中采用金属/介质/金属的等离激元微腔结构，将量子阱红外探测激活层相嵌在微腔之中。由于上、下金属之间的近场耦合形成了在双层金属区域的横向法布里-珀罗共振模式，构成等离激元微腔。文中利用微腔的模式选择特性及其与量子阱子带间跃迁的共振耦合，将量子阱子带跃迁不能直接吸收的垂直入射光耦合进入等离激元微腔并转变为横向传播，从而能够被量子阱子带吸收，实现了在长波红外13.5 μm探测波长附近偏振消光比大于100∶1的结果。相关工作为发展我国高消光比长波红外偏振成像焦平面提供了全新的物理基础和技术路径。

超构透镜是由亚波长散射单元结构排列而成的具有聚焦功能的平面二维超构表面。超构表面能够在亚波长尺度上操控光场的振幅、相位、色散和偏振态，是近年来迅速发展起来的新型光场调控载体。亚波长共振纳米结构使得高阶衍射被抑制，入射光场可以完美地被调制到设计的衍射级次上，从而确保了超构表面器件具有高的光子调控效率。同时，超构单元在设计上的灵活性及其特定的电磁响应使得超构表面可以实现对光场多个维度的定制化操控。不同于传统光学透镜依赖光传播的相位累积效应，宽带消色差超构透镜通过对光场相位和相位色散的同时独立调控解决了传统通过级联多个透镜修正色差造成的光学系统复杂和体积庞大限制，为发展小型化片上集成光学提供了全新的思路。文中围绕超构透镜的相关研究，首先介绍了超构表面调控光场振幅、相位和偏振态的基本原理，在此基础上，重点回顾了近年来关于超透镜的研究发展，包括通过单一参量调控的单波长超透镜的实现，以及通过对光场偏振、相位及相位色散的多参量联合调控的多功能宽带消色差超构透镜的发展现状，最后讨论其进一步发展的可能挑战与应用前景。

针对隐身等多类高价值目标精确探测与识别以及探测技术持续发展需求，为实现复杂战场环境下的高概率真假目标识别和高精度目标检测、定位、跟踪，开展复杂战场环境下隐身及微弱特征目标探测及抗干扰探测等技术研究意义重大，其中高集成度的焦平面型偏振红外探测器技术是其中一个重要方向。围绕集成式中波（MW）256×256碲镉汞红外偏振焦平面探测器的研制，介绍了偏振结构的设计、制备到偏振探测器的集成，以及偏振探测器性能的测试等方面的研究进展状况，设计加工出了亚波长金属光栅阵列，采用倒装互连的方式实现了偏振探测器的集成，并在MW 256×256碲镉汞焦平面器件上实现了红外偏振性能的测试和评估。