黄威 1,2,3林佳本 1,2,3,*侯俊峰 1,2,3张洋 1,2,3[ ... ]王东光 1,2
1 中国科学院 国家天文台，北京 100101
2 中国科学院 中国科学院太阳活动重点实验室，北京 100101
3 中国科学院大学，北京 100049
液晶可变相位延迟器（LCVR）由于其调制速度快、重量轻、无运动部件等特点成为空间光学仪器中新的研究热点。然而，LCVR中的液晶属于高分子材料，其空间适应性有待考核验证。由于地面环境模拟试验无法同时还原太空中的所有参数，因此亟需研制一台符合卫星搭载要求的LCVR空间特性试验仪，来研究液晶器件在真实星载环境下的电光性能（相位延迟-电压曲线稳定性）。本文分析了LCVR延迟测试系统的稳定性，并给出LCVR相位延迟-电压曲线的电子学测量方案。首先使用“零点”标定法设计了高稳定度的LCVR驱动；然后使用变频误差控制法，实现了LCVR的高精度恒温控制。其中LCVR驱动稳定度达到99.3%，LCVR恒温精度最高达到（35±0.1）℃。在此基础上，对整机进行了力、热和电磁兼容试验，结果表明待测LCVR和电子学系统功能稳定，成功完成了LCVR这一首飞器件的空间光电测试系统在我国的首次研制，对液晶的空间化应用有着重要意义。
液晶器件 液晶可变相位延迟器 偏振调制 恒温控制 liquid crystal device LCVR polarization modulation constant temperature control
长春理工大学电子信息工程学院, 长春 130000
针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题, 提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术, 在液晶驱动控制器的作用下, 驱动2个液晶可调相位延迟器(LCVR)进行柔性调制, 利用相机采集目标的偏振图像, 进一步得到Stokes矢量的分量图像, 解算出偏振度、偏振角图像。该方法利用双相机同时成像技术, 解决了单相机采集信息不完整的问题, 可以实现完全Stokes测量, 同时获得目标的线偏振和圆偏振图像。实验结果表明, 偏振度(Dop)图像相较于线偏振度(Dolp)图像, 包含了更多的细节信息, Dop图像在图像评价指标方面均有5%以上的提升, 说明Dop图像可以更好地还原被测目标物。采用该方法可以提高对静态目标的识别能力。
偏振成像 Stokes矢量 柔性调制 polarization imaging Stokes vector LCVR LCVR flexible modulation
1 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
2 中北大学电气与控制工程学院, 山西 太原 030051
3 中北大学计算机与控制工程学院, 山西 太原 030051
考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、 测量精度低、 系统结构复杂等特点, 提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。 从AOTF和LCVR的工作原理出发, 介绍了系统的基本探测原理; 根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法——该方法选取四个固定的LCVR控制电压, 同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制, 得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。 此外, 设计了能够稳定输出均方根为0~+8.72 V连续可调方波的LCVR控制器, 并对其进行定标, 实现了不同波长下光波的精确调制。 搭建实验样机, 以偏振方向分别为0°, 90°和45°的三个偏振片P1, P2, P3作为偏振测量目标, 测得了波长为632 nm时的全Stokes参量图; 以画有夹角为30°的红色、 绿色、 蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标, 对400～750 nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5 nm)进行光谱成像, 得到了与红色、 绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。 结果表明, 该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量, 而且系统结构简单、 成像质量良好。
高光谱偏振成像 全Stokes参量 双LCVR LCVR控制器 High-spectral polarization imaging Full-Stokes parameters Double LCVR AOTF AOTF LCVR controller 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3953
北京航空航天大学 精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
为了更精确地描述涂层类材料的偏振双向反射分布函数, 在微面元模型的基础上建立了双高斯偏振BRDF模型并对模型进行了仿真。相对于以往模型, 其耦合了强度分布非朗伯的且包含偏振成分的以Rahman-Pinty-Verstraete函数为基础的漫反射。利用基于LCVR的全偏振多谱段成像仪在476 nm波段对白色、哑光白和珍珠白的自喷漆以及普通光盘背面的漆进行了多组面内偏振BRDF测量实验。之后从部分实验数据出发利用最小二乘法对模型参数进行了分步反演, 反演结果在多组初值条件下都一致, 证明反演得到的参数为全局最小值。最后对获得的模型参数进行仿真, 结果表明模型对强度值和偏振度值符合都很好, 尤其是能够符合漫反射的偏振。该模型对物质分类及识别以及场景仿真具有一定的实用意义。
偏振BRDF 偏振漫反射 涂层 pBRDF polarized diffuse reflection paint LCVR LCVR 红外与激光工程
2017, 46(11): 1117002
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种基于液晶可调滤光片(LCTF)与两片液晶可调相位延迟器(LCVR)构成的偏振高光谱成像系统, 相对于传统LCTF具有转动部件以及无法获取全部偏振态的特点, 本系统能够静态凝视成像并且测量目标完整的Stokes参量。 通过对两片LCVR取四组不同延迟组合, 构造了一个4×4复原矩阵来获取目标的原始全偏振信息。 使用干涉光强法, 对两片LCVR分别进行了延迟-电压特性的精确测量； 在633 nm下验证了全偏振复原算法, 通过对误差分析, 得到了较好的反演Stokes参数和相应的DoLP与Orient计算值, 验证了复原算法的可靠性, 可以为全偏振态高光谱遥感成像提供有效的数据。
液晶可调滤光片 液晶可调相位延迟器 高光谱偏振 全偏振 LCTF LCVR Hyperspectral polarimetric imaging Full polarization information 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2610
1 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
3 中北大学, 理学院, 山西 太原 030051
新型的声光可调滤波器和双液晶相位可调延迟器相结合的一次成像光谱偏振系统与传统的二次成像光谱系统相比, 不仅具有通光孔径大、光利用率高和全系统电调谐等优点, 而且还能同时满足AOTF和LCVR的小角度入射, 大大提高了光谱测量精度和偏振测量精度。通过实验计算, 用拟合修正后的波长λ0和驱动频率fa关系式进行光谱测量, 其相对误差值比用理论公式进行测量时减小约一个数量级。并且只需4组相位延迟量和4幅强度图即可求出全部的斯托克斯Stokes参量。理论分析了当系统考虑入射角度时, 其偏振度、线偏振度、圆偏振度和角偏振度的最大相对误差值比只考虑光垂直入射时分别减少约0.306%、0.130%、10.96%和3.783%, 为进一步提高系统的测量精度提供了理论基础。
偏振测量 误差分析 AOTF AOTF LCVR LCVR Stokes Stokes polarization measurement error analysis
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
2 北华大学 电气信息工程学院, 吉林 吉林 132021
为了标定液晶相位可变延迟器(Liquid Crystal Variable Retarder, LCVR)的相位延迟特性, 在25 ℃、405 nm波长下, 利用搭建的测量装置采集了141组实验样本, 其中71组样本为训练集, 70组样本为预测集, 利用最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machines, LSSVM)和支持向量机(Support Vector Machines, SVM)算法建立LCVR相位延迟量和驱动电压相关数学模型。实验表明, GASVR、PSOSVR、LSSVM方法下最大波长偏差?驻λ分别为0.013 6λ、0.013 7λ和0.004 5λ, 均方误差提高两倍, 通过比较, 说明该模型能快速准确地预测LCVR工作范围内全部波长、全部电压值下的相位延迟。该方法可作为LCVR相位延迟特性标定的有效手段。
液晶相位延迟器 最小二乘支持向量机 相位延迟 标定 Liquid Crystal Variable Retarder(LCVR) Least Squares Support Vector Machines (LSSVM) phase retardation calibration 红外与激光工程
2016, 45(5): 0517004
王耀利 1,2,3,*张瑞 1,2,3王志斌 1,2,3温廷敦 1,2李克武 1,2,3
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
3 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
现有利用液晶相位可变延迟器(LCVR)和声光可调谐滤光器(AOTF)的偏振测量方法较为繁琐,故提出了一种光谱偏振测量新策略,去除了机械运动,并且相位延迟量的选取从四组减少为两组.采用两个LCVR和一个AOTF,通过两个相同型号探测器分别测量±1级衍射光,实现光谱偏振测量.电脑控制LCVR和AOTF的驱动系统分别实现所需相位延迟量和波长选择,通过扫描射频驱动整个频段得到被测光的光谱信息.叙述了方法的具体原理,分析了AOTF的偏振模型,通过理论计算LCVR和AOTF的Muller矩阵,推导出了相应的斯托克斯(Stokes)矢量中的I,Q,U的测量公式.分析并仿真了相位延迟量微小偏差对整个系统测量误差的影响,结果显示相位延迟量在±π/100范围内相对误差<3%.实验验证了测量系统的可行性和准确性,测量误差总体<6%.为偏振测量提供了一种简单可行且精度较高的新方法,具有重要的应用价值.
液晶相位可变延迟器 声光可调谐滤光器 偏振测量 斯托克斯矢量 LCVR AOTF polarization measurement Stokes parameter 光谱学与光谱分析
2015, 35(8): 2362
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室，合肥 230037
2 安徽省红外与低温等离子体重点实验室，合肥 230037
为获得目标和场景的偏振信息，提高目标识别和地物探测的准确度，设计了基于液晶相位可变延迟器 (LCVR)和声光可调滤波器 (AOTF)的高光谱偏振成像探测系统。首先介绍了偏振成像探测的原理，然后给出了探测系统的结构，并对其光学系统的各元件进行了合理的参数分配，最后利用编制的信息处理软件对系统采集的高光谱偏振图像进行了处理，处理结果能够反映出目标的光谱特性和偏振特性，对于复杂背景下的目标探测与识别具有重要的应用价值。
偏振成像 系统设计 液晶相位可变延迟器 (LCVR) 声光可调滤波器 (AOTF) polarization image system design LCVR AOTF
