基于PSIM的偏振光谱仪集成实验样机

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。     

偏振光谱仪偏振探测精度分析

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。     

PSIM系统稳定性自校准原理理论分析

针对偏振光谱强度调制(PSIM)系统存在的环境稳定性问题,在PSIM系统实现偏振光谱信息调制解调机理的前期研究基础上,经过严格的理论推导,提出了一套基于傅里叶变换、滤波和傅里叶逆变换等数字信号处理过程的PSIM系统环境稳定性实时自校准算法流程.该算法流程可以从PSIM系统的实测数据中分离出因环境扰动而引入的变化量,实现PSIM系统解调系数自校正,从而有效增强PSIM系统的环境适应能力.     

基于单光路偏振复用的微波瞬时频率测量方案

提出一种基于单光路偏振复用技术的微波瞬时频率测量方案.该方案仅需要一个双偏振-双驱动的马赫-曾德尔调制器来提供受激布里渊散射所需的泵浦光与探测光.与现有的双路布里渊散射方案相比,本方案结构简单,系统体积明显减小,泵浦光与探测光干涉稳定且可控,且系统的稳定性增强了.待测微波信号经过载波抑制双边带调制后作为泵浦光,扫频探测信号经过相位调制后作为探测光,利用受激布里渊散射效应实现从相位调制到强度调制的转换.通过建立扫描频率与输出光功率的映射关系,实现了微波信号瞬时频率测量.此外,建立了理论模型和仿真模型来分析泵浦光波长抖动、直流偏置点漂移、电移相器相位漂移,以及泵浦光、探测光偏振状态偏移对频率测量精度的影响.研究结果表明,该方案可以实现30 GHz以上微波信号的频率测量,且最大绝对测量误差不超过30 MHz,相对测量误差低于2％.该方法通过增大扫频探测信号的扫描范围和调制器的调制频率范围,可进一步扩展频率测量范围,在低成本、宽频谱的雷达侦测领域具有良好的应用前景.     

基于电光调制器的全Stokes矢量的遥感测量

在利用光学方法测量参数的技术领域,偏振光的调制和检测具有重大的实用价值.但目前的偏振遥感主要是线偏振参数的测量,不是全Stokes矢量的测量.为实现全矢量图像的测量和显示,需要构建一种应用于遥感测量的全偏振图像采集、存储、计算和显示系统.整个全偏振测量装置的核心是一个包含液晶调制器的双CCD成像装置.系统通过对液晶调制器的控制,对入射光进行相位调制,偏振分光棱镜将调制后的光束分为强度相等的两束光(o光和e光),并由两个CCD进行图像的实时同步采集,最后由数字信号处理器(DSP)进行全Stokes参数的计算并输出结果图像.实验结果表明:全Stokes矢量图像包含更多的图像信息,在目标识别和其他图像测量的应用上将会发挥巨大的作用.     

耦合型微纳光纤偏振滤光器研究

微纳光纤偏振滤光器是光纤通信和传感系统的微型基本元件之一。利用超模耦合理论研究表明,当选择合适的耦合区长度和微纳光纤直径时,两平行紧贴微纳光纤构成的耦合器件可实现起偏效应,即将非偏振的输入光变为偏振光输出;理论设计分析给出了产生这种效应的几何参量值。实验研究了两根微纳光纤平行耦合时输出光偏振度(DOP)与耦合长度的关系,验证了起偏效应并制作了基于消逝场耦合的微纳光纤偏振滤光器。实验表明当微纳光纤偏振滤光器输入非偏振光时,在1545～1560nm波段耦合输出端光的偏振度达到了90%以上,实现了光束起偏;在此波段内某些波长的输出光消光比(LPER)可达到24dB以上,而其他波长处为椭圆偏振光或者圆偏振光,实现了分色起偏。此器件与检偏器组合可制成带通(阻)波长滤波器。     

线-圆双偏振态光束抽运有机聚合物全光开关

为了有效降低偶氮苯聚合物薄膜全光开关信号的本底,提高全光开关信号的调制深度,利用线偏振光合成圆偏振光的原理,设计了一种新的线-圆双偏振态光束抽运光路。实验用532 nm光作为抽运光,632.8 nm的He-Ne激光作为探测光。532 nm的光先分为功率相等但偏振正交、相位差为π/2奇数倍的两束线偏振光,然后再合成一束抽运光。通过调制其中的一束来实现线偏振与圆偏振抽运光之间的转换,从而实现样品光致双折射的产生与擦除。以掺杂分散红1(DR1)的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA)为样品进行实验。结果表明,用此光路,样品全光开关信号的调制深度达到92%,远远高于传统的单一线偏振光束抽运光路的实验结果。     

光纤傅里叶变换光谱技术中激光辅助干涉仪的研究

针对光纤傅里叶变换光谱仪（Fiber Fourier Transform Spectrometer, FFTS）中压电陶瓷非线性调制导致的复原光谱图畸变问题,设计了He-Ne激光辅助干涉仪,利用该干涉仪实现被测光的等光程间隔采样,以及为待测光源光谱定标提供依据。使用该干涉仪测量了632.8nm He-Ne激光光源的干涉信号,采用傅里叶变换算法计算了其光谱图,并与传统光栅光谱仪测量的光谱图进行了比较,分析了两者存在的差异及其原因,为FFTS的后续研制工作提供了有益参考。     

双模气体激光器的磁起偏特性

本文从理论上研究了在外加横向均匀磁场作用下双模气体激光器输出光的偏振特性。用导出的双纵模偏振参数运动方程,计算了双模He-Ne激光器632.8nm谱线的偏振参数。当外加磁场大于某值时,可获得高偏振度的线偏振光输出。理论与实验结果相符合。     

偏振光谱识别光学系统的复原方法与设计

为准确方便获取4个波长相关的斯托克斯参量,可采用强度调制型偏振光谱成像技术,从偏振光谱强度调制理论与傅里叶变换解调方法入手分析推导计算了偏振光谱信息的复原过程,据此得到了系统的基本结构。以模块化设计的思路分别设计了光谱部分光学系统的前置望远物镜及Offner分光系统,设计结果实现了在400~1 000 nm谱段光谱分辨率1.24 nm,并结合光谱系统参数匹配设计完成了前端偏振光谱调制模块,给出了一套完整的设计实例。最后通过实验验证了偏振光谱调制模块设计的合理性与傅里叶变换解调方法的可行性,为偏振光谱信息复原奠定了基础。     

PSIM系统稳定性自校准原理理论分析

针对标准遗传算法在摄像机标定参数非线性优化过程中, 易出现过早收敛和停滞现象的问题, 提出一种新的摄像机标定参数优化方法。首先, 采用非线性的归一化几何排名函数与随机遍历抽样法混合作为选择方法, 对遗传算法进行改进; 然后, 采用改进的遗传算法对摄像机标定参数进行非线性优化; 最后, 将其与标准遗传算法进行标定参数非线性优化对比实验, 实验结果表明: 算法平均绝对误差低于标准遗传算法, 且图像主点坐标更接近参考值, 能较好地缓解过早收敛和停滞现象, 提高了标定精度。     

Analysis of polarization modulation spectra of photopleochroism induced by uniaxial compression in Ge crystals

Photoconductivity of Ge crystals in which an anisotropy of conduction was induced by uniaxial compressive strain was studied using polarization modulation of light. The spectral characteristics measured by this method are energy-dependent differences of photoconductivities excited by linearly polarized light with polarizations periodically varying in space with respect to the crystal optical axis. A phenomenological analysis of the photopleochroism spectral characteristic showed that the expression for the photoconductivity includes three cofactors. It was shown that an additional measurement of the photoconductivity derivative or mathematical processing of the photoconductivity spectra makes it possible to expand the photoconductivity in cofactors. The use of one of these techniques allowed us to determine the absorption anisotropy and its spectral characteristic.     

基于强度调制的编码孔径光谱偏振测量方法

为实现在单次成像条件下获取图像的光谱偏振信息,提出了一种基于强度调制的编码孔径测量方法。该方法采用消色差1/4波片、多级相位延迟器和检偏器组成的光谱偏振强度调制模块,将入射光的Stokes参量各元素谱调制到不同的频率上,利用编码孔径和色散棱镜组成的光谱成像系统对该调制光谱进行压缩编码,并通过CCD进行探测。利用TwIST算法重构出经调制的光谱信息,对各个频谱通道进行分离重构出Stokes元素谱。以单一像素点为例,对入射光强度调制、光谱重构及Stokes参量的解调进行了数值模拟。结果表明:该方法可实现对稀疏图像的光谱偏振信息的获取,该过程仅需对图像进行一次测量,因此具备高速获取能力。     

基于最佳偏振角的线性位姿测量方法研究

在基于视觉图像的位姿测量中,非线性位姿测量算法的全局收敛存在不确定性,测量结果取决于初值的选取,不能保证位姿测量的鲁棒性。线性位姿测量算法对图像处理的要求比较高,如果定位特征点图像坐标提取不够精确,会导致位姿测量精度降低。在自然光条件下,相机采集定位特征点图像,图像中高亮度区域的存在对定位特征点提取精度产生影响,进而使有效定位特征点数量减少,影响位姿测量精度。针对上述问题,文中提出了一种基于最佳偏振角的线性位姿测量方法:在相机镜头前加装线偏振片,根据Stokes矢量建立偏振片最佳偏振角度求解模型,在使用最佳偏振角度的前提下采集定位特征点图像,提取图像坐标;建立线性位姿求解模型,计算被测物体位姿。实验结果表明,该方法能够有效减少图像中的高亮度区域,改善成像质量,提高线性位姿测量精度,在?60°~+60°的测量范围内,角度测量误差小于±0.16°,在0~20 mm的测量范围内,位移测量误差小于±0.05 mm。     

基于二维码的可见光并行通信系统信号调制技术

为了完善基于LED阵列的可见光并行通信系统,探索与之相配的信号调制方案,进行了实验并得出了相关结论。结合可见光并行通信系统的特点以及快速响应(QR)二维码的特征,采用QR码作为可见光并行通信的信息发送方式,研究了基于二维码的动态可见光并行通信系统的调制方案和译码图像处理技术。实验结果表明,该系统能动态发射QR码图像,便于接收,经过一定的图像处理,能正确译码。     

光电成像系统的绝对光谱响应效率测量及分析

为了准确测量光电成像系统的绝对光谱响应效率,采用光学系统光能量传递公式以及图像传感器的物理模型,得到了光电成像系统绝对光谱响应效率的计算公式,在此基础上设计了基于积分球、多光谱发光二极管光源、标准探测器及透射式平行光管的光电成像系统绝对光谱响应效率测量装置,并对光谱响应效率已知的可见光数字相机进行实验测量和分析。结果表明,在380nm~1100nm波长范围内测量装置测得的可见光数字相机的绝对光谱响应效率与标准值具有较好的一致性,最大相对误差为1.7%,各波长点的测量不确定度在置信概率为95%时均小于0.2%,满足一般的测量要求。该装置能够准确地对光电成像系统的绝对光谱效应效率进行测量。     

光束会聚对光学偏振探测影响的分析

为了得到由于偏振成像系统自身的光束会聚现象导致仪器偏振测量产生误差的规律,采用空间偏振光束追击矩阵理论,对平行于光轴方向振动的透射光强对偏振测量精度的影响进行了理论分析.结果表明,偏振光束会聚导致实际测量的偏振度小于光束真实的偏振度;光束会聚程度越高,测量的偏振度与光束真实偏振度的误差越大;在光束会聚状态和偏振测量条件...     

波片相位延迟的分束差动自动测量

基于偏振调制原理,从琼斯矩阵理论出发,利用先进的Si探测器、锁相放大器和微处理器,设计并建立了一套测量相位延迟器延迟量的智能化测量系统,实现了数据的自动化处理。利用闭环反馈控制系统,对旋转角度进行了反馈控制。创建的测量系统具有测量精度高、重复性好、自动化程度高和操作简单的特点。测试结果表明：系统的测量范围为400～1000nm,测量准确度优于0．1％,测量的重复误差小于0．6％。测量系统在偏光测试领域有着广泛的应用。