强度调制偏振光谱仪的系统设计

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基于强度调制的编码孔径光谱偏振测量方法

第48卷第3期Vol.48No.3红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2019年3月Mar.2019基于强度调制的编码孔径光谱偏振测重方法乔亚"，张瑞2J,景宁2.3,李金瑜2,3,王志斌2(1.中北大学理学院，山西太原030051; 2.中北大学信息与通信工程学院，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)摘要：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。

关键词：Stokes参量；强度调制；编码孔径中图分类号：0433.1文献标志码：A DOI:10.3788/IRLA201948.0317003Spectral polarization measurement method of coded aperture basedon intensity modulationQiao Ya1,3,Zhang Rui2,3,Jing Ning2,3,Li Jinyu2,3,Wang Zhibin*1,3(1.College of Science,North University of China,Taiyuan030051,China;2.School of Information and Communication Engineering,North University of China,Taiyuan030051.China;3.Engineering Technology Research Center of Shanxi Province for Opto-electronic Information and Instrument,North University of China,Taiyuan030051,China)Abstract:In order to acquire spectral polarization information of the image under single-frame imaging conditions,an encoding aperture measurement method based on intensity modulation was proposed.The method used the spectral polarization intensity modulation module composed of an achromatic1/4wave plate,a multistage phase retarder and an analyzer,and modulated the spectrum of each element of the Stokes parameters of the incident light to different frequencies.And the modulated spectrum was compressed and coded by a spectral imaging system composed of coded aperture and dispersive prism, and was detected by CCD.The modulated spectral information was reconstructed using the TwIST algorithm,and then the spectrum of Stokes elements can be reconstructed by further separating the spectrum channels.Taking a single pixel as an example,the modulation of incident light intensity modulation,spectral reconstruction,and demodulation of Stokes parameters were simulated numerically.收稿日期:2018-11-05；修订曰期:2018-12-15基金项目：国际科技合作项目(2013DFR10150)；山西省应用基础研究项目(201701D221126)作者简介：乔亚(1992-),女，硕士生，主要从事光谱成像方面的研究。

光的偏振实验设计与数据分析

光的偏振实验设计与数据分析随着科学技术的进步和应用的广泛，光的偏振实验在光学研究中扮演着重要的角色。

本文将介绍光的偏振实验的设计和数据分析方法，以揭示光的偏振现象的本质和特性。

一、实验设计在进行光的偏振实验时，我们需要以下实验装置和器材：1. 光源：使用一束稳定且具有较高纯度的单色光作为光源。

例如，可以使用激光器或单色LED。

2. 偏振器：偏振器是实验中最基本的器件之一。

它可以将来自光源的自然光转换为具有特定偏振方向的偏振光。

根据实验需求，可以选择线偏振器、圆偏振器或椭圆偏振器。

3. 样品：不同的样品会对光的偏振状态产生不同的影响。

在实验中，我们可以使用透明或反射性质的样品，并观察其对偏振光的影响。

4. 偏振分析器：偏振分析器是用于分析光的偏振状态的器件。

它可以测量入射光的偏振方向，例如线偏振、圆偏振或反克拉诺斯特偏振。

5. 光学元件：光学元件如透镜、棱镜、波片等可用于调节和改变光的偏振状态。

6. 光学仪器：光学仪器如干涉仪、偏振计、光学显微镜等可用于观察和测量光的偏振效应。

在实验设计中，我们需要根据具体的实验目的和研究要求，选择合适的实验装置和器材，保证实验的可重复性和准确性。

实验过程中，需要注意避免外界干扰和误差的影响。

二、数据分析光的偏振实验数据分析主要包括以下几个方面：1. 偏振角度的测量与计算：在实验中，我们可以通过旋转偏振器或偏振分析器，测量光的偏振角度。

通过记录不同角度下的偏振状态，可以计算出光的偏振角度。

2. 光的强度分析：光的偏振状态直接影响光的强度。

通过使用光功率计或相应的检测器，可以测量光的强度，并与不同偏振状态下的强度进行比较和分析。

3. 偏振椭圆分析：对于椭圆偏振光，可以使用相应的光学仪器和技术，如偏振椭圆仪或偏振光干涉术，来分析和测量光的偏振椭圆参数，如椭圆离心率、主轴角度等。

4. 光的干涉效应观察与分析：使用干涉仪等装置，可以观察和分析不同偏振状态下的干涉效应。

通过干涉图案的变化，可以揭示光的偏振状态变化对干涉现象的影响。

光谱偏振调制器的高精度装调方法

光谱偏振调制器的高精度装调方法光谱偏振调制器（Spectral Polarization Modulator, SPM）是一种用于调制光的偏振状态的器件，常用于光谱学、光学成像和光通信等领域。

其主要原理是通过调制器件中的偏振元件，改变所产生的偏振态对应的干涉模式，从而实现光信号的调制。

实现光谱偏振调制器的高精度装调方法需要考虑以下几个方面：1.器件选择：选择合适的光谱偏振调制器是实现高精度装调的基础。

不同的应用需求可能需要不同类型的偏振调制器，如电光调制器、压电调制器等。

这些器件的性能参数（如线性度、驱动电压范围等）应满足实验需求，以提高调制器的精度。

2.定标：在进行高精度调制前，需要对器件进行准确的定标，以确定其工作范围和性能。

这可以通过使用已知偏振态的光源进行测量和校准来实现。

一种常用的方法是使用偏振计和旋转器来测量器件的响应，从而获得准确的定标结果。

3.偏振态选择：在高精度装调过程中，正确选择光的偏振态非常重要。

通常，使用线偏光是一种较为常见的选择。

使用线偏光时，可以通过调整偏振角度来实现不同偏振态的调制，从而实现更精确的调制效果。

4.驱动电压调节：光谱偏振调制器的调制效果受到驱动电压的影响，因此在装调过程中需要准确控制驱动电压。

这可以通过使用高精度的电压源和驱动电路来实现。

此外，应根据器件的特性曲线，准确控制驱动电压的范围和步进大小，以获得期望的调制效果。

5.数据采集和分析：在高精度装调过程中，需要对调制器的输出进行实时监测和分析。

这可以通过使用高速光电探测器和实时信号采集系统来实现。

通过实时监测输出信号的幅度、频谱和偏振态等参数，可以及时调整和优化装调参数，以提高调制器的精度。

6.装调稳定性：为了保证高精度装调的可靠性和稳定性，应加强系统的稳定性控制。

这包括对温度、机械振动和光路稳定性等因素的控制和调整。

这可以通过使用稳定的光学平台、光学隔离器和恒温器等辅助设备来实现。

综上所述，实现光谱偏振调制器的高精度装调方法包括器件选择、定标、偏振态选择、驱动电压调节、数据采集和分析以及装调稳定性等方面。

光纤通信光强度调制实验系统设计

实验教学是培养学生能力的重要环节，光纤通信是一门实践性环节很强的专业课程，实验设备如何能充分地表达教学思路和工作原理，如何更生动形象地开展实验教学，一直是需要探索的课题。

为了使光纤通信这门课程的实验内容有特色，本文根据学生的特点设计了光纤通信实验系统。

1硬件系统构成实验系统设计要求的技术指标见表1。

表1技术指标实验系统改汁要求的技术指标I。

ED性能参数：波长0．85 btm、发光功率大于一19 dBm(测试条件为方波)。

光检测器PIN—PD组件性能参数：光潜响应波长0．85弘m、光谱响应度为13 mV／弘W、峰值光功率为一儿dBm。

光纤跳线：多模光纡50／62．5肛m、长度约1 m。

视频部分：带宽o～6 MHz、SNR≥50 dB(未加校)、发射光功率≥一15 dBm、接收灵敏度≤一30 dBm。

其他功能：具有误码检测，灵敏度要求一50蛋白酶、要求能测量数字系统的眼图。

1．1光纤发射器系统采用光发送器件是Agilent公司生产的HF—BR一1414光纤发射器，内含一个高效的光功率激励的铝砷化镓LED发射器，发射的光波长为820 nlTl，频谱宽度为30 am，并有多种光纤接口，如50／125肛m，62．5／125弘m和100／140 ttm。

它的P_j曲线的线性度好，发光效率高，能保证在小的驱动电流下工作，能耗低，稳定性好，与本系统选用的62．5／125 pm光纤相连接时，在正向电流b为60 mA、温度为25。

时，输出光功率可达一10 dBm(100肛W)。

1．2驱动电路设计驱动电路提供较大的、稳定的驱动电流，有足够快的响应速度‘11。

系统的光源驱动电路如图1所示。

图l光源驱动电路图系统的光源驱动电路是用芯片SN75452B来实现的。

SN75452B相当于一个性能很好的晶体管，将LED光源串接在集电极上，当输入数字信号控制晶体管导通／截止时，LED将电信号转换为光信号[2]。

通过调节可变电阻RPl01的大小来控制输入LED光源的电流。

强度调制-傅里叶变换光谱偏振技术研究与仿真

Ｓｎ；ｌ￣ｌ
ｐｔｉｆｒｎｅｄｍａｎａｈｄｆｅｅｃｏｉ
式中。等号右边的矩阵分别是线偏振器Ａ、位延迟器Ｒ、相２
相位延迟器Ｒ的米勒矩阵和输入光的斯托克斯向萤，翰和－分别是人射光经过Ｒ和Ｒ的相位延迟最，。，Ｓ，。和
或其组合在十涉图中彼此分开。
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采刚欧拉公式ｅ一ｃｓ＋ｉｎ式（）４：ｏｓ￣对ｉ４进行改写得
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强度调Ｓ－里叶变换光谱偏振技术研究与仿真Ｕ傅
王新全ｈ，相里斌。，黄吴。，胡亮，景娟娟。
ｌ＿中国科学院西安光学精密机械研究所，中国科学院光谱成像技术重点实验室，陕西西安７０１１９１２．中国科学院光电研究院，北京１０９０１０
引言
强度调制光谱偏振技术是由日本学者Ｏｋａ等ｌ提出的１
一
加直接的方式，大降低了数据处理的难度。大
文中介绍了强度调制一里叶变换光谱偏振探测技术的傅
原理，数据采集和光谱偏振复原公式进行了推导，对整对并
时，以利用傅叶变换光谱仪的傅里叶变换功能实现不同可
斯托克斯参鼙的分离。经调制的光束进入傅里叶变换光谱仪

强度调制光电流谱(imps)

强度调制光电流谱(imps)强度调制光电流谱（IMPS）是一种测量光响应的技术，它能够提供关于光谱特性的信息。

它在光电器件和光学材料研究中起着重要的作用。

本文将介绍IMPS的基本原理、测量方法和应用领域。

一、基本原理IMPS是利用强度调制技术来测量光电流的谱特性。

它通常使用调制信号来调制光源的强度，并测量光电流随着调制频率的变化。

根据调制信号的频率和幅度变化，可以获得光电流的频率响应特性。

二、测量方法1. 实验装置：IMPS实验通常需要光源、光电探测器、调制器和频谱分析仪等设备。

光源可以是连续光源或脉冲光源，调制器可以是机械调制器或电子调制器。

2. 测量步骤：首先，将光源的光强度调制信号传输到被测样品上，通过光电探测器测量光电流。

然后，将测得的光电流信号输入到频谱分析仪中进行频谱分析，得到光电流的频率响应谱。

三、应用领域1. 光电器件研究：IMPS可用于研究太阳能电池、光电二极管等光电器件的频谱响应特性。

通过IMPS可以了解光电器件在不同波长和频率下的响应能力，并优化器件的电路设计和材料选择。

2. 光学材料研究：IMPS可用于研究光学材料的吸收特性和频率响应特性。

通过IMPS可以分析光学材料在不同波长下的吸收、散射和发射能力，从而指导材料的制备和应用。

3. 光通信系统：IMPS在光通信系统中也有应用，用于测量光纤的传输特性、光放大器的增益特性等。

通过IMPS可以对光通信设备进行性能评估和故障诊断。

结论IMPS是一种测量光响应的重要工具，在光电器件和光学材料研究中具有广泛的应用。

通过IMPS可以了解光电流的频率响应特性，为相关领域的研究和应用提供有力支持。

未来，随着技术的不断发展，IMPS在光学领域的应用将会进一步扩展和深化。

通道型偏振光谱遥感仪器强度调制模块误差分析与修正研究

通道型偏振光谱遥感仪器强度调制模块误差分析与修正研究随着人们在自然环境变化、太空资源探索、军事目标发现等领域的应用需求显著增加,对遥感仪器的探测能力提出了越来越高的要求,新型的偏振光谱遥感技术——偏振光谱强度调制技术(Polarimetric Spectral Intensity Modulation,PSIM)得到了研究人员的广泛关注。

相较于传统的光谱信息获取技术,PSIM技术获得的偏振信息能提供更加丰富的目标信息,在云与大气气溶胶探测、天文观测、地球环境监测、地质资源勘探等领域具有广阔的应用前景。

PSIM 技术是偏振光谱测量领域的先进技术,最早由日本学者Oka和美国学者Iannarilli等人于20世纪90年代末提出,其可在紫外(UV)至长波红外(LWIR)波段范围内,对遥感目标的全部偏振光谱信息实现快照式同时获取,在偏振光谱遥感领域具有广阔的应用前景。

由于实际应用需求对目标偏振信息的测量精度要求较高(如在大气遥感探测领域,要求线偏振度测量精度达到0.5%),偏振光谱强度模块作为PSIM技术的核心部件,其偏振参数误差将直接影响通道型偏振光谱遥感仪器的测量精度与稳定性,限制PSIM技术的工程化应用和相应遥感数据的定量化应用。

然而,目前关于如何分析与修正偏振光谱强度调制模块关键参数误差的影响,缺乏系统性的研究,相关工作有待进一步开展。

针对偏振光谱强度调制模块的误差分析与修正问题,本论文完成的主要研究工作如下:在深入研究偏振光谱强度调制技术理论后,通过分析PSIM技术的完整测量过程,总结出影响偏振光谱强度调制模块测量精度与稳定性的两大因素:偏振光谱强度调制模块中多级波片的方位角误差和相位延迟量误差,并利用数值仿真验证了理论分析结果的准确性。

为了保证偏振光谱强度调制模块的测量精度与稳定性,针对偏振光谱强度调制模块的加工装调和航天应用全过程,分析总结多级波片偏振误差的来源和特性,提出了如下偏振误差修正方案:(1)在偏振光谱强度调制模块的实验室装调阶段,多级波片的偏振误差主要是由相应元件的装调误差和加工公差等导致的静态系统误差,为修正该类误差的影响,提出多级波片偏振误差实验室标定与修正技术。

基于光强度比的偏振光定位系统设计

基于光强度比的偏振光定位系统设计基于光强度比的偏振光定位系统设计摘要：本文提出了一种基于光强度比的偏振光定位系统设计，该系统利用了偏振特性对光线传播的影响，通过检测入射光线与横向反射光线的相对光强度比，实现了对物体位置的准确定位。

该系统结构简单，安装方便，定位精确度高，且具有良好的稳定性和实用性。

实验结果表明，该系统能够在一定范围内对目标物体进行有效的定位，具有广泛的应用前景。

关键词：偏振光，光强度比，定位系统，物体位置，稳定性。

一、引言光学成像技术一直是科学和工程领域的研究热点之一。

在光学成像技术中，定位系统是其中一项最为基础和核心的技术之一。

传统的定位系统主要是基于光照射物体的原理，根据照射物体的位置和光照的方向来确定物体的位置。

然而，在实际应用中，传统的定位系统由于受到光线反射和衍射等影响，精度难以达到理想状态，特别是在复杂的环境中经常出现误报情况甚至无法工作。

因此，如何提高定位系统精度和实用性一直是研究人员的关注焦点。

近年来，偏振光技术日益发展成熟，成为一种重要的测量技术手段。

偏振光定位系统是利用偏振特性对光线传播的影响，通过对入射光线和横向反射光线的相对光强度比进行测量，实现对物体位置的定位。

偏振光定位系统减少了光线反射和衍射的干扰，提高了测量精度和稳定性，成为定位系统的重要发展方向之一。

二、系统设计1.系统结构本文提出的偏振光定位系统如图1所示。

该系统由加法器、减法器、功率分配器、偏振片、半波片和检测器等组成。

其中，加法器和减法器用于将水平和垂直方向的入射光线转换为差向量和和向量。

通过功率分配器，把入射光线分为水平方向和垂直方向进入偏振片和半波片。

经过偏振片和半波片的作用后，将水平方向和垂直方向的光线均衡地分到两个方向形成反射光线。

检测器用于检测入射光线和横向反射光线的相对光强度比，计算出晶体的位置。

2.工作原理当光线穿过偏振片时，只有与偏振方向一致的光线才能透过。

因此，偏振片可以使光线的振动方向转换。

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第１８卷
笫ｌ１期
光学精密工程
ＯｐｔｃｎｄＰｒｃｓｏｇｉｅｉｇｉｓａｅｉｉｎＥｎｎｅｒｎ
Ｖｏ１８．１
ＮＯ．１１
２１ＯＯ年ｌ１月
ＮＯＶ０１．２Ｏ
文章编号１０ — ２Ｘ（００１－３５００４９４２１）１２２—７
ｔｅｂａｉｏｅｓａｈａａｔｒｓｉｓｏｈｅｔｃｈｓｃｃｎｃｐｔｎｄｃｒｃｅｉｔｃｆｔｅｈｎｉｕｅｗｅｅｖｒｆｅｎｈｌｒｚｔｏｎｓｃｒｒｍｑｒｅｉｉｄａｄｔｅｐｏａｉａｉｐｅｔａｆｏａｔｃｌｌｇｈｏｕｃｅｅａｓｅｔｄＥｘｐｒｍｅａｅｕｔｈｙｐｉａｉｔｓｒｅｗｒｌｏｔｓｅ．ｅｉｎｔｌｒｓｌｓｓｏｗｈａｈｏａｉｅｇｒｅｏｈｅｌｇｔｔｔｅｐｌｒｚｄｄｅｅｆｔｉｈｔ
中图分类号：Ｐ３ＴＨ７４１Ｔ７：４．
Ｓｓｅｄｓｇｆｉｅｓｔｏｌｔｏｐｃｒｐｏａｉｅｅｙｔｍｅｉｎｏｎｔｎｉｙｍｄｕａｉｎｓｅｔｏｌｒｍｔｒ
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强度调制偏振光谱仪的系统设计
宋志平，津，。洪乔延利
（．１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２０３；３０１
２安徽大学物理与材料科学学院，．安徽合肥２０３）３０９
摘要：论分析和实验研究了强度调制偏振光谱仪系统参数的设计。介绍了强度调制偏振光谱仪的结构原理，析了调理分制器设计、谱仪选型与系统指标问的匹配关系。给出了一个完整的设计实例，搭台方式建立了强度调制偏振光谱仪光以原理实验装置，对平行光管直接输出的光和经起偏器起偏后输出的光进行了偏振光谱测量和分析。结果表明：有效并在测量波段内（２５５～７０ｎ，卤钨灯为光源的平行光管直接输出光的偏振度值＜ｌ％；过线偏振器起偏后输出光的０ｍ）以０经偏振度值接近１０，理论分析的结果一致，证了基于强度调制技术设计偏振光谱仪方法的可行性。０与验关键词：学测量；振光谱仪；度调制；调光偏强解文献标识码：Ａｄｉ１．７８ＯＰ．００８１２２ｏ：０３８／Ｅ２１１１．３５
（．ｙＬｂｒｔｒｆＧｅｅａｔｃｌＣａｉｒｔｎａｄＣｈｒｃｅｉａｉｎ，１ＫｅａｏａｏｙｏｎｒｌＯｐｉａｌｂａｉｎａａｔｒｚｔｏｏ
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