为使空间振幅调制偏振光谱仪对系统误差具有最小的灵敏度，以测量矩阵条件数作为目标函数，采用遗传算法对仪器调制模块中双复合光楔晶轴方位角和偏振片方位角的优化组合进行仿真分析，并给出了相应的最优角度组合。以偏振度测量精度为评价函数，在给定的器件误差范围内，对多种不同角度组合设置进行仿真实验。仿真结果表明，当仪器角度参数组合的测量矩阵条件数为1.733时，偏振度测量精度优于0.01的概率为98%，比测量矩阵条件数为1.966和3.257的角度参数组合的概率分别提高了23%和64%。该研究为空间振幅调制偏振光谱仪元件参数设计与选取提供了理论依据。

基于空间振幅调制的偏振测量技术，通过由复合光楔和检偏器组成的偏振调制模块将入射光偏振信息调制到空间维，再结合色散模块能够在单次测量中同时获取目标的偏振信息和光谱信息。首先，介绍了系统测量原理，推导出系统调制和解调方程。然后，通过对解调方程的分析，证明了系统具有区分不同偏振态入射光的能力，评估了检偏角对测量结果的不确定度和系统调制效率的影响。最后，给出了系统空间维和光谱维的定标方法，利用系统原理样机进行了偏振测量实验。实验结果表明，系统偏振度测量误差小于0.060，斯托克斯参数Q、U、V的测量误差分别小于0.052、0.035、0.057，测量结果说明了理论分析的正确性。

高精度的质心定位是基于单平行光管与分离式二维转台的几何定标方法的关键,但仪器的相对响应差异会影响质心定位精度。因此,提出了一种基于相对响应校正的质心定位精度提升方法,可有效地提升质心定位精度,进而提升几何定标精度。基于多角度偏振成像仪的实验室几何定标实验证明了所提方法的提升效果。提升效果在大视场区域中更为显著,最大几何定标精度约为0.1 pixel。最终,基于所提质心定位精度提升方法在实验室中获得了高精度的多角度偏振成像仪几何模型参数,模型拟合残差优于0.1 pixel。

为提高多角度偏振成像仪(DPC)的实验室几何定标精度,分析了平行光管发散角对像点定位精度的影响,建立了误差模型,并通过改进几何模型参数拟合时的目标方程来校正像点定位误差。对比验证实验结果表明,所提方法提升了基于平行光管的几何定标方法的定标精度,在视场角较大时提升效果更明显,当平行光管发散角为2°且入射视场角50°时,定标精度至少提升0.15 pixel。高精度的实验室几何定标将为DPC实现在轨高精度地理定位,多角度、多光谱及偏振图像配准提供精确的初始几何参数。

对于无星上定标系统的大视场大气探测载荷,利用广阔的海洋无监测定标场(SNES)进行基于统计方法的在轨替代定标,是国际上公认和推荐的方法。基于大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)的载荷工作原理和一级数据产品的特点,在确定反射率基定标的基础上,通过海表双向反射率分布函数(BRDF)的大气传输仿真计算确定了合适的角度阈值,以降低非大气分子散射的干扰;同时对定标场的环境参量进行了统计分析,解决了统计定标中数据筛选与误差评估的核心问题,最终实现了DPC可见光波段在轨定标系数变化的精确评估。在考虑定标源和仪器实验室定标误差合成后,绝对辐射定标系数的最终定标误差在1.24%~4.76%之间。

为了提高皮秒可见光参量产生/放大器(OPG/OPA)的转换效率及输出能量, 采用走离补偿结构和镜片膜系特殊设计等方法进行了实验验证。研究了在不同的抽运能量下OPA信号光的光束质量因子M2的演化过程和信号光在430nm~680nm内的调谐输出性能。结果表明, 在6.9mJ的355nm抽运能量下, 最高获得了2.7mJ的510nm信号光能量输出, 对应的光光转换效率为39.1%, 光子转换效率为56.2%;该方法可以有效提高OPG/OPA的输出能量和转换效率。该研究对紫外和深紫外晶体的表征是有帮助的。

基于低温稀土离子掺杂晶体中的光谱烧孔效应的激光稳频技术,以低温下稀土离子掺杂晶体中的光谱烧孔为频率锁定参考,有更低的热噪声极限,而且,与基于法布里-珀罗参考腔的激光稳频技术相比,该技术具有对外界温度、压力和加速度的变化更不敏感的优势,因此其频率稳定度理论上可达10 ^-17量级,能实现与法布里-珀罗参考腔可比拟甚至超越的稳频效果。从理论原理、技术实现、国内外研究进展几方面介绍了基于光谱烧孔效应的激光稳频技术,并对其在频率稳定技术领域的发展前景进行了展望。

杂散光仿真分析是保证多角度偏振成像仪获取高精度偏振辐射数据的关键手段之一。根据仪器光学系统的自身特点,分析了杂散光的主要来源。 针对采用点源透过率法难以适用于大视场光学系统杂散光分析的问题,介绍了基于黑斑法原理进行杂散光仿真分析的方法。借助杂散光分析 软件LightTools,建立仪器的三维几何模型及光学属性,采用选定视场点反向光线追迹的方法仿真分析得到光机系统的视场外和视场内杂散光 系数。分析结果表明,杂散光主要来源于成像视场范围内,且中心视场受到的杂散光影响最大,杂散光系数为3.27%,达到了设计指标要求。 此外,采用近轴光线和实际光线正向追迹,模拟得到局部杂光和全局杂光的能量分布,为后期的图像杂散光校正研究提供了理论依据与指导。

根据多角度偏振成像仪光学系统特点, 分析了仪器的鬼像分布特性, 结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面, 并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上, 利用鬼像畸变与视场的关系, 采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变, 并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比, 建立了仪器全视场的鬼像校正模型.最后分别对未饱和及过饱和图像进行了校正, 结果表明, 此校正方法可以消除至少90%的鬼像杂光.