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三非环境偏振传输研究综述

激光与光电子学进展 2023年

作者：孙鑫栋孟峰旭徐文森王栋陈雪叶曾祥伟鲁东大学交通学院

关键词：散射三非环境偏振传输

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米散射浑浊水体偏振成像模型仿真研究

激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 206-213页

作者：路淑芳张然陈永台褚金奎大连理工大学机械工程学院辽宁大连116086

为了研究浑浊水体对成像质量的影响,利用单次Mie散射理论和蒙特卡罗法,在融合几何光学成像的基础上提出一种理论分析方法。该方法分析不同波长的点光源在不同粒径不同浓度的浑浊水体环境传输时的成像特征。结果表明:波长分别为456 nm、5... 详细信息

为了研究浑浊水体对成像质量的影响,利用单次Mie散射理论和蒙特卡罗法,在融合几何光学成像的基础上提出一种理论分析方法。该方法分析不同波长的点光源在不同粒径不同浓度的浑浊水体环境传输时的成像特征。结果表明:波长分别为456 nm、524 nm、620 nm的点光源经相同的水体环境和无散射环境进行偏振成像传输时,波长为456 nm的点光源的成像效果最好;波长为456 nm的点光源经过散射粒径大小分别为1μm和2μm的浑浊水体时,线偏振光的成像效果优于圆偏振光,圆偏振光优于自然光;当穿过散射粒径为3μm、4μm、5μm的浑浊水体时,自然光成像效果最好,线偏振光成像效果最差。从理论上分析了不同波段的点光源经过不同水体进行偏振成像传输的成像效果,为水下偏振成像技术提供了新的思路和方法。

关键词：偏振传输可见光波段蒙特卡罗法水下成像偏振保持性

烟雾环境中532nm/1550nm线偏振光前向传输实验研究

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红外与激光工程 2022年第3期51卷 355-360页

作者：曾祥伟李亚红张燕褚金奎鲁东大学交通学院山东烟台264025 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 烟台艾德康生物科技有限公司山东烟台264006

针对烟雾环境中偏振前向传输在短波红外波段是否具有偏振信号增强的问题,实验研究了烟雾环境中水平线偏振光在532 nm和1 550 nm波长下的前向传输偏振特性。烟雾环境由烟饼燃烧所制,其主要由悬浮氯化铵颗粒和水汽组成,且氯化铵颗粒在烟... 详细信息

针对烟雾环境中偏振前向传输在短波红外波段是否具有偏振信号增强的问题,实验研究了烟雾环境中水平线偏振光在532 nm和1 550 nm波长下的前向传输偏振特性。烟雾环境由烟饼燃烧所制,其主要由悬浮氯化铵颗粒和水汽组成,且氯化铵颗粒在烟饼点燃7~16 min内稳定沉积。搭建了532 nm和1 550 nm两套单波长激光前向传输测试平台,用以测量水平线偏振光在烟雾环境中的前向传输偏振特性。分析测量误差主要由激光源的光强波动误差、测量时间变化误差、偏振器件的安装误差和转角误差引起,计算了532 nm和1 550 nm激光前向传输测试平台的测量误差峰值分别约为1.03%和0.89%。测试烟饼燃烧7~16 min时的偏振状态保持率RoPS,测试结果表明:相比532 nm波长,水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有更优异的偏振状态保持特性,且随着烟雾浓度降低,两者之间的偏振状态保持差异逐渐缩小。文中研究通过实验验证了所制烟雾环境中水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有优异的偏振信号,这可为短波红外偏振技术的实际应用提供一定的实验支撑。

关键词：偏振传输前向散射短波红外

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三波段大气传输红外偏振特性对比分析

红外与激光工程 2013年第9期42卷 2299-2304页

作者：陈振跃王霞张明阳金伟其北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

偏振成像系统利用目标和背景偏振度上的差异,有效地提高了人造或伪装目标的探测识别效率。但红外目标的偏振传输是一个复杂的过程,受大气的影响较大,因此,有必要对不同目标的偏振特性和其影响因素以及大气作用的影响(包括大气吸收、辐... 详细信息

偏振成像系统利用目标和背景偏振度上的差异,有效地提高了人造或伪装目标的探测识别效率。但红外目标的偏振传输是一个复杂的过程,受大气的影响较大,因此,有必要对不同目标的偏振特性和其影响因素以及大气作用的影响(包括大气吸收、辐射及悬浮粒子散射等)进行研究。进一步推导了红外偏振辐射控制方程;基于对目标和背景偏振特性的先验知识,利用大气传输计算软件MODTRAN对3个典型红外波段的大气吸收及程辐射进行计算;并对大气传输后的目标辐射偏振度对比度和强度对比度进行仿真。结果表明:在短波红外波段,目标的反射成分占主导地位;在中波红外波段,目标的自发辐射和反射均不可忽略;在长波红外波段,目标的辐射占主导地位,利用偏振成像效果优于强度成像。结果与理论分析基本一致。研究内容为红外波段目标的探测方式选择提供了参考依据。

关键词：红外偏振成像偏振传输大气作用仿真实验

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非球形介质中偏振传输实验及特性分析

非球形介质中偏振传输实验及特性分析

作者：安衷德长春理工大学

学位级别：硕士

工业不断发展造成了空气中的非球形粒子污染物不断增加,这些非球形粒子污染物对光电探测和光电通信造成了很大的影响。因此人们需要对非球形介质中偏振传输规律进行研究,利用研究得到的规律对光电设备进行改进,从而提高光电设备的目标... 详细信息

工业不断发展造成了空气中的非球形粒子污染物不断增加,这些非球形粒子污染物对光电探测和光电通信造成了很大的影响。因此人们需要对非球形介质中偏振传输规律进行研究,利用研究得到的规律对光电设备进行改进,从而提高光电设备的目标识别能力和通信质量。本文从偏振传输实验、偏振传输仿真和偏振成像实验三个部分对偏振特性进行了研究。在偏振传输实验中,利用一种新的非球形粒子制备方法(燃烧灵芝孢子法)得到非球形介质并应用于烟雾模拟环境中,同时提出用光学厚度来表征不易控制的粒子浓度,以光学厚度为变量,分析了光学厚度对偏振特性的影响,并且将非球形介质中偏振传输实验的结果与在球形介质中偏振传输实验的结果进行了对比,分析了在两种介质中偏振传输规律的异同。在仿真中,改进了传统的只能对球形粒子仿真的蒙特卡洛仿真,采用抽样拟合相函数的蒙特卡洛仿真对非球形粒子的传输特性进行模拟仿真,将得到的仿真结果和偏振传输实验结果相互验证,保证了结论的准确性。同时,用传统的蒙特卡洛方法对球形粒子进行了仿真,并将两种粒子的仿真结果进行了对比分析。最后,对不同浓度非球形介质环境中的目标进行了偏振成像实验,将得到的斯托克斯矢量组合并进行了分析,证明了偏振的烟雾穿透能力和对目标边缘轮廓的凸显作用。

关键词：非球形粒子偏振传输光学厚度抽样拟合相函数偏振成像

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限定接收范围的散射偏振前向传输优化算法

红外与激光工程 2021年第12期50卷 427-432页

作者：曾祥伟李亚红褚金奎张燕鲁东大学交通学院山东烟台264025 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 烟台艾德康生物科技有限公司山东烟台264006

为解决偏振子午面蒙特卡洛法的计算结果与测试结果存在出入的问题,文中提出了一种限定接收范围的改进算法。偏振子午面蒙特卡洛法计算过程中采集整个截面的前向散射光,但实际接收装置通常接收部分前向散射光,这是引起偏振子午面蒙特卡... 详细信息

为解决偏振子午面蒙特卡洛法的计算结果与测试结果存在出入的问题,文中提出了一种限定接收范围的改进算法。偏振子午面蒙特卡洛法计算过程中采集整个截面的前向散射光,但实际接收装置通常接收部分前向散射光,这是引起偏振子午面蒙特卡罗法的计算结果与实验结果存在出入乃至失配的重要因素之一。为此,改进算法限定了前向散射光的接收范围,限定的接收范围与实际接收范围一致。采用原算法和改进算法分别模拟45°线偏振光和水平线偏振光在聚苯乙烯悬浊液中传输。选用粒径1μm的聚苯乙烯悬浊液开展验证实验,通过对照测试结果,改进算法相比原算法能够更好地匹配实测结果。通过计算单个微粒的偏振状态保持情况,阐明改进算法提高计算精度的作用机理,即前向散射角愈外延,散射光的偏振态变化愈剧烈,而改进算法规避掉了绝大部分前向散射角外延程度较大的散射光。

关键词：偏振传输前向散射蒙特卡洛法算法优化

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偏振信息传输理论及应用进展(特约)

红外与激光工程 2020年第6期49卷 16-34页

作者：郭忠义汪信洋李德奎王鹏飞张宁胡天伟张曼高隽合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009 北京机电工程研究所北京100074

光的偏振态是电磁波的基本属性,偏振信息是使用光的偏振态作为信息表现形式的工程科学应用技术,需要合适的表征方法对其进行描述。由于大气散射特性,光在地球表面存在一种特殊的偏振分布模式,可以用于近地空间自主导航,同时,不同的偏振... 详细信息

光的偏振态是电磁波的基本属性,偏振信息是使用光的偏振态作为信息表现形式的工程科学应用技术,需要合适的表征方法对其进行描述。由于大气散射特性,光在地球表面存在一种特殊的偏振分布模式,可以用于近地空间自主导航,同时,不同的偏振态在各种散射介质中传输也具有特定的变化规律。因此,研究光的偏振信息在不同分散介质中的传输特性,对其在现代军事、航空、海洋等领域内的广泛应用具有重要的参考价值。近年来,偏振光学成像技术广泛应用于雾霾、水下及其他散射介质中的清晰成像,并取得了很多优秀的研究成果。文中主要介绍了光的偏振态的各种表征形式、偏振信息在不同分散介质中的传输特性、经过散射介质后的偏振信息恢复算法、以及偏振去雾技术的应用等,并在最后展望了偏振信息应用的未来发展趋势。

关键词：偏振信息散射偏振传输偏振成像偏振恢复

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偏振光在椭球粒子烟雾中的传输特性研究

偏振光在椭球粒子烟雾中的传输特性研究

作者：于婷长春理工大学

学位级别：硕士

大气中粒子的形状与光的偏振态变化密切相关。由于自然界中的沙尘、烟煤等粒子的非球形性,计算偏振光在非球形粒子中的传输特性时,若按照球形粒子计算,会有很大误差。针对上述问题,本文对偏振光在椭球形粒子烟雾中的传输特性展开深入研... 详细信息

大气中粒子的形状与光的偏振态变化密切相关。由于自然界中的沙尘、烟煤等粒子的非球形性,计算偏振光在非球形粒子中的传输特性时,若按照球形粒子计算,会有很大误差。针对上述问题,本文对偏振光在椭球形粒子烟雾中的传输特性展开深入研究。从偏振传输仿真和偏振传输实验两部分,针对不同入射光波长、不同偏振初始状态下的偏振光在不同椭球形粒子烟雾浓度下的变化规律进行了实验测试。为满足烟雾环境中偏振传输测试特性需求,建立人工模拟系统,用自制烟雾模拟装置开展实验。实验以长、短轴比为1.5的两种椭球形粒子(酵母菌粒子、灵芝孢子)为介质,以五种入射光偏振态(0°、45°、90°、135°、左旋)、三个波长(450nm、532nm、671nm)为变量,研究激光在不同条件下的偏振传输特性的变化规律。同时基于随机概率抽样拟合散射相函数的方法,建立椭球粒子的偏振传输蒙特卡罗模型,对光子在椭球形粒子烟雾中的行为追踪并进行统计,模拟出射光最终状态的偏振特性。为了将仿真结果与实验结果建立联系,解决烟雾浓度的不稳定性,本文选用光学厚度表征烟雾浓度,通过三种相似性度量分析仿真和实验结果的相似性,得出实验结论。实验结果表明,随介质浓度升高,不同状态的偏振光都出现了明显的退偏现象。相同条件下,圆偏振光有更好的保偏特性。不同起偏角度的线偏振光对偏振传输特性无明显影响。可见光波段范围内的三个波长对偏振传输特性的影响差异不大。

关键词：偏振传输椭球形粒子蒙特卡罗相函数光学厚度

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光学显微系统中偏振信息的保真探测

光学显微系统中偏振信息的保真探测

作者：林雨菲华东师范大学

学位级别：硕士

光学显微系统因其具有对微小物体的放大成像作用,被广泛应用于科研、工业、医疗等众多领域以探究物体的微观结构及光学性质。在微纳尺度,相较于光强和波长等光学信息,偏振这一光学基本属性对微观结构的变化非常敏感。因此,光学显微系统... 详细信息

光学显微系统因其具有对微小物体的放大成像作用,被广泛应用于科研、工业、医疗等众多领域以探究物体的微观结构及光学性质。在微纳尺度,相较于光强和波长等光学信息,偏振这一光学基本属性对微观结构的变化非常敏感。因此,光学显微系统与光学偏振调控、偏振探测系统相结合是研究物体微观结构的良好手段。但是,光学显微系统中偏振信息难以做到保真传输和精准探测。光学信号在偏振维度上的参数获取失真问题成为此领域走向大范围便捷应用的障碍。目前,上述问题的系统性讨论较少。本文从偏振光在光学显微系统中的保真传输,以及光学显微系统中光偏振信息的保真探测两个部分进行探究,主要内容如下:1.提出了利用正交光学元件搭建偏振保真传输光路,以达到同时满足偏振保真反射和偏振保真透射的要求,该偏振保真反射/透射光路要求每对光学元件反射面/透射面彼此正交,且光进入两光学元件的入射角度相等,从而使两光学元件对偏振光两正交分量的改变量相同,以达到偏振保真反射/透射的目的。结合各光学元件的特点和光学显微系统的实验要求,可以设计出如下三种偏振保真传输光路:(1)应用光学分束器搭建偏振保真光路,其偏振保真度高达95%以上,且可用于宽波段偏振光的保真传输;(2)应用二向色镜搭建的偏振保真光路可大大提高偏振光强度的利用率,可适用于微弱光信号测量场合;(3)应用反射镜搭建的偏振保真光路弥补了其他偏振保真传输光路要求入射光与出射光传播方向正交的不足,增强了偏振保真传输光路设计的灵活性。2.自主设计搭建了显微偏振探测系统。通过旋转四分之一波片,并配合偏振片进行偏振探测。利用编程自动化实现偏振信息的完备采集,同时讨论了实现宽波段光偏振探测的方法,以满足光学显微系统中偏振探测的实验需求。实验证明该自动化偏振探测系统的偏振探测精准度高达97%以上。本论文研究工作为光学显微系统中的偏振信息提取和调控提供了更多的可能性,有利于微观结构的光学性能研究和基于偏振特性的光学技术应用。

关键词：光学显微系统保真偏振传输偏振探测