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偏振型干涉成像光谱仪中savart偏光镜通光孔径的研究

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物理学报 2015年第22期64卷 163-172页

作者：李祺伟张淳民魏宇童陈清颖西安交通大学空间光学研究所西安710049 西安交通大学理学院西安710049

论述了偏振型干涉成像光谱仪的核心部件——savart偏光镜的结构和分光机理.应用波法线追迹的方法,对光在任意方位入射面内,以任意入射角入射时savart偏光镜中的光线传播规律及出射光孔径变化进行了理论推导,给出了出射孔径与入射位置、... 详细信息

论述了偏振型干涉成像光谱仪的核心部件——savart偏光镜的结构和分光机理.应用波法线追迹的方法,对光在任意方位入射面内,以任意入射角入射时savart偏光镜中的光线传播规律及出射光孔径变化进行了理论推导,给出了出射孔径与入射位置、入射角及入射方位角之间满足的关系,并讨论了光线传播始终处于savart偏光镜晶体内部,最终从出射面射出所需满足的条件.采用计算机模拟,给出了光线垂直入射时,出射孔径的表达式,验证了推导的正确性;在此基础上对自行设计的干涉成像光谱仪通光孔径进行了详细分析和讨论,结果表明通光孔径精确值和近似值之间存在较大差异.给出了孔径面积利用率随入射方位角的变化曲线,阐明在干涉成像光谱仪的参数论证以及孔径光阑的选取中,不能忽略由于晶体双折射现象带来的孔径变化.研究结果可为偏振型干涉成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供重要的理论依据和实践指导.

关键词： savart偏光镜通光孔径波法线追迹干涉成像光谱仪

新型偏振干涉成像光谱仪中savart偏光镜透射率的研究

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物理学报 2006年第12期55卷 6374-6381页

作者：彭志红张淳民赵葆常李英才吴福全西安交通大学理学院西安710049 中国科学院西安光机所西安710068 曲阜师范大学激光研究所曲阜273165

savart偏光镜是自行研制的新型稳态偏振干涉成像光谱仪中的核心部件,阐述了该savart偏光镜的分光机理.基于电磁场边值条件,分析了入射面与savart偏光镜左板主截面重合及垂直时,光透过savart偏光镜各界面的反射和折射,得出了各界面透射... 详细信息

savart偏光镜是自行研制的新型稳态偏振干涉成像光谱仪中的核心部件,阐述了该savart偏光镜的分光机理.基于电磁场边值条件,分析了入射面与savart偏光镜左板主截面重合及垂直时,光透过savart偏光镜各界面的反射和折射,得出了各界面透射系数的表达式以及savart偏光镜透射率的理论计算公式.采用计算机模拟,给出了savart偏光镜透射率随视场角和波长的变化曲线,并与研制的savart偏光镜实验测试结果进行了分析比较,两者变化规律相符.表明该savart偏光镜具有大视场、高通量的显著特点,适宜作为静态干涉仪和稳态偏振干涉成像光谱仪的高效横向剪切分束器.这为新型偏振干涉成像光谱技术的研究以及仪器研制提供了重要的理论依据.

关键词：偏振干涉成像光谱仪 savart偏光镜透射率电磁场边值条件

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测的新方法

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物理学报 2008年第12期57卷 7565-7570页

作者：简小华张淳民祝宝辉赵葆常杜娟西安交通大学理学院西安710049 中国科学院西安光学精密机械研究所西安710068

以往对干涉成像光谱仪的研究通常仅限于对光的干涉特性的利用,即由目标干涉图得到其光谱图,而忽略了其丰富的偏振信息.为了在利用光的干涉特性的同时还充分利用光的偏振特性,在原有偏振干涉成像光谱仪的基础上,结合现有的干涉成像光谱... 详细信息

以往对干涉成像光谱仪的研究通常仅限于对光的干涉特性的利用,即由目标干涉图得到其光谱图,而忽略了其丰富的偏振信息.为了在利用光的干涉特性的同时还充分利用光的偏振特性,在原有偏振干涉成像光谱仪的基础上,结合现有的干涉成像光谱技术与偏振探测原理,提出了一种利用现有偏振干涉成像光谱仪获取探测目标的偏振参数(偏振度、偏振方位角等)的新方法,并对其精度误差进行了理论分析,证明了其不但具有较高的稳定性而且具有极高的测量精度.因此,若把以往的偏振干涉成像光谱仪看作是照相机与光谱仪功能的结合,则现在可以将之理解为成像仪、光谱仪、偏光仪功能的一体化.这意味着偏振干涉成像光谱仪在目标信息的提取与目标识别方面比以往又多了一种的新手段.

关键词：偏振探测偏振干涉成像光谱仪 Stokes参量 savart偏光镜

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静态调制的光谱偏振成像系统

光谱学与光谱分析 2015年第4期35卷 1129-1133页

作者：赵海博李欢林栩凌王铮北京空间机电研究所北京100094

针对传统光谱偏振成像系统普遍存在的系统结构复杂、需要动态调制、光通量低等问题,提出一种基于静态调制的光谱偏振成像系统,将静态调制偏振探测方法与savart偏光镜干涉成像原理相结合,可在成像过程中实时获取目标的光谱信息和全部四个... 详细信息

针对传统光谱偏振成像系统普遍存在的系统结构复杂、需要动态调制、光通量低等问题,提出一种基于静态调制的光谱偏振成像系统,将静态调制偏振探测方法与savart偏光镜干涉成像原理相结合,可在成像过程中实时获取目标的光谱信息和全部四个Stokes偏振信息。与传统系统相比较,该系统具有无运动部件、无需动态电控调制、没狭缝限制、光通量大等优点。介绍了系统组成和基本原理,搭建了实验装置,实验装置包括二次成像光学系统、偏振调制模块、干涉成像模块、CCD图像采集及数据处理模块等,成像谱段范围为可见光近红外（480~950nm）。利用实验装置对白板、飞机玩具模型进行了成像实验,验证了该系统的光谱偏振成像数据获取能力。对静态调制的偏振测量精度进行了验证,偏振测量统计误差小于5%。实验结果验证了系统原理的正确性和可行性,获取的光谱偏振成像数据在目标识别、目标分类、遥感探测等方面具有较高的应用价值。

关键词：光谱偏振静态调制 savart偏光镜

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空间调制型全偏振成像系统的角度误差优化

红外与激光工程 2017年第1期46卷 161-167页

作者：刘震洪津龚冠源郑小兵杨伟锋袁银麟中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 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 中国科学院大学北京100049

空间调制型全偏振成像系统利用savart偏光镜能够将被探测目标的4个Stokes参数S0~S3调制在同一幅干涉图像中,从而通过单次采集便可获得完整的偏振信息。在该系统中,半波片和检偏器的角度误差对Stokes参数的测量精度有着不可忽略的影响。... 详细信息

空间调制型全偏振成像系统利用savart偏光镜能够将被探测目标的4个Stokes参数S0~S3调制在同一幅干涉图像中,从而通过单次采集便可获得完整的偏振信息。在该系统中,半波片和检偏器的角度误差对Stokes参数的测量精度有着不可忽略的影响。文中首先给出了包含上述两种角度误差的干涉强度调制方程,根据实际系统参数,在角度误差模型的基础上分析了当入射光为自然光、0°/90°线偏振光、45°/135°线偏振光和左/右旋圆偏振光时,角度误差对空间调制型全偏振成像系统的Stokes参数测量精度的影响。利用这四种基态偏振光的偏振测量误差,给出了任意偏振态和偏振度的入射光偏振测量误差的表征方法 ,最后,文中以系统测量矩阵条件数为优化目标函数,经仿真计算得出当savart板厚度为23 mm时系统测量矩阵条件取得最小值为2.06,半波片和检偏器耦合角度误差对系统偏振测量精度的影响程度最小。

关键词：偏振偏振成像椭圆偏振测量法干涉测量法 savart偏光镜角度误差

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双路四通道同时干涉成像光谱仪

光学学报 2017年第8期37卷 126-134页

作者：步苗苗牛明生王田韩培高郝殿中马丽丽宋连科曲阜师范大学激光研究所山东省激光偏光与信息技术重点实验室山东曲阜273165

双路四通道同时干涉成像光谱仪以视场光阑代替狭缝,无旋转和移动部件,通过消色差分光棱镜和savart偏光镜将入射光分为四对相干光束,同时在探测器上获取四幅不同偏振信息的目标图像,进而利用傅里叶变换运算并对数据进行处理得到偏振光谱... 详细信息

双路四通道同时干涉成像光谱仪以视场光阑代替狭缝,无旋转和移动部件,通过消色差分光棱镜和savart偏光镜将入射光分为四对相干光束,同时在探测器上获取四幅不同偏振信息的目标图像,进而利用傅里叶变换运算并对数据进行处理得到偏振光谱图像。分析系统结构和原理得出不同偏振状态下的干涉强度表达式,四幅干涉图相加获取目标图像的总强度,同一savart偏光镜的干涉强度相减获得纯干涉条纹,将两纯干涉条纹进行加减运算可降低系统的背景噪声,提高了系统信噪比。在考虑晶体色散关系的基础上分析讨论了光程差随波长、入射角、入射面与晶体主截面夹角以及晶体厚度的变化,在傍轴条件下设计出横向剪切量、成像透镜焦距和晶体厚度的具体参数,实现了高光谱分辨率成像,为新型干涉成像光谱仪的设计与应用提供了一种新方案。

关键词：成像系统干涉成像光谱仪偏振分束器 savart偏光镜光程差

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的最佳角度分析

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物理学报 2009年第4期58卷 2286-2293页

作者：简小华张淳民赵葆常张霖朱兰艳西安交通大学理学院西安710049 中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测,这一方法将偏振测量与干涉成像光谱技术相结合,一方面能提供辐射测量所不能提供的物体偏振信息,另一方面又可获取目标的空间图像和光谱,具有比辐射测量更高的准确度.在简要分析了利用偏振干涉成像... 详细信息

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测,这一方法将偏振测量与干涉成像光谱技术相结合,一方面能提供辐射测量所不能提供的物体偏振信息,另一方面又可获取目标的空间图像和光谱,具有比辐射测量更高的准确度.在简要分析了利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的理论基础上,深入研究了偏振检测的方法,分析比较了目前常用的偏振探测角度(45°,60°)对偏振度探测的影响.进一步计算推导出偏振测量的最优探测角度,将之与以往常用的探测角度进行了分析比较,证明了此最佳探测角度可以有效地减小偏振误差、提高偏振探测的精度.这将极大地提高偏振干涉成像光谱仪的应用范围,为新型偏振干涉成像光谱技术的研究以及仪器研制提供重要的理论依据.

关键词：偏振检测偏振干涉成像光谱仪探测角 savart偏光镜

空间调制型全Stokes参量偏振成像系统原理及仿真

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光学学报 2015年第2期35卷 144-150页

作者：胡巧云杨伟锋胡亚东洪津中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

空间调制型全Stokes参量偏振成像是针对同一目标不同偏振分量的同时探测技术,以双折射晶体作为调制元件,将Stokes参量S0~S3调制在同一幅图像中,只一次采集便可获得包含4个Stokes参量的调制信息。分析空间调制型全Stokes偏振成像系统的... 详细信息

空间调制型全Stokes参量偏振成像是针对同一目标不同偏振分量的同时探测技术,以双折射晶体作为调制元件,将Stokes参量S0~S3调制在同一幅图像中,只一次采集便可获得包含4个Stokes参量的调制信息。分析空间调制型全Stokes偏振成像系统的探测原理和数学模型。阐明重构偏振图像S0~S3的理论依据,并分析了系统参数的选择对图像重构效果的影响。根据实际系统参数,进行数值仿真模拟成像过程,获取调制图像,使用一种简单的频域解调算法,重构出S0~S3的4幅偏振图像,得到比较满意的重构效果,不仅验证了方案的可行性,同时为仪器设计或器件选型提供参考。

关键词：成像系统偏振成像空间调制 savart偏光镜仿真重构

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显微干涉成像光谱技术的理论研究

显微干涉成像光谱技术的理论研究

作者：白鹏西安工业大学

学位级别：硕士

干涉成像光谱技术不仅能对物体进行形态成像,同时还能提供物体丰富的光谱信息。由于干涉成像光谱技术具有光谱分辨率高、波段多、图像与光谱相结合等优点,被广泛的应用于军事、航空航天、材料分析、生物医学等科研和生产领域。伴随着成... 详细信息

干涉成像光谱技术不仅能对物体进行形态成像,同时还能提供物体丰富的光谱信息。由于干涉成像光谱技术具有光谱分辨率高、波段多、图像与光谱相结合等优点,被广泛的应用于军事、航空航天、材料分析、生物医学等科研和生产领域。伴随着成像光谱技术和显微技术的发展,显微干涉成像光谱技术逐渐成为人们研究的热点,并被应用于病理学、细胞遗传学、组织学、免疫组织化学等众多领域。本论文的研究内容主要包括以下几个方面： (1)在学习和研究当前比较成熟的干涉成像光谱技术的基础上引入显微成像光谱及显微干涉成像光谱。重点介绍了基于savart干涉仪的显微成像光谱技术的原理和savart偏光镜的工作原理。 (2)影响显微干涉成像光谱系统的条件因素有很多,本文重点讨论了偏振角度误差对光通量的影响和偏振片角度误差对干涉条纹调制度的影响两个方面。推导了影响公式,并用MATLAB编程语言对结论进行了模拟,给出了直观的分析图示。 (3)CCD是目前显微干涉成像光谱系统中常用的光电探测器。在介绍CCD基本结构及工作原理的基础上,分析了适用于显微干涉成像光谱系统的两种CCD类型,并对CCD的参数选择给出了较完善的理论和实践指导。 (4)噪声对所有的光电转换系统而言都是必然存在的。本文分析了基于新型偏光镜的干涉成像光谱系统中的噪声来源,即选用的CCD等相关器件所产生的光子噪声、偏振噪声、光谱图噪声、系统噪声等,计算了新型偏振干涉成像光谱系统的的信噪比,并给出了评价指标。 (5)最后,针对显微成像光谱系统的主要应用的生物医学领域,论文分析了其他几项因素对系统的影响。

关键词：显微成像光谱仪 CCD图像传感器 savart偏光镜通量