强激光与粒子束
2023, 35(11): 111003
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
二向色镜及偏振分光棱镜作为常用的光学器件，近年来在大气探测偏振激光雷达中得到了广泛使用。但两种光学元件性能上的非理想特性与安装时存在的偏振误差夹角等问题在一定程度上会对大气探测后向散射光的退偏比造成影响。针对偏振激光雷达标定中通常只考虑偏振分光棱镜影响的问题，通过仿真模拟分别分析了二向色镜、偏振分光棱镜以及二者级联下对大气中气溶胶的退偏比影响，并给出了误差分析。以532 nm和1064 nm两种波长下的沙尘粒子与卷云的后向散射光作为输入进行模拟计算，结果显示，常用的长波通二向色镜对模拟输入光源在1064 nm透射通道下有7.111%的退偏比变化，在532 nm反射通道下有3.012%的退偏比变化。对偏振分光棱镜而言，输入为532 nm及1064 nm处探测的沙尘粒子退偏比会分别产生21.333%和27.3%的相对误差变化，532 nm处探测的卷云退偏比会产生14.2%的相对误差变化。两种光学元件在存在偏振误差夹角时均会带来额外的退偏比误差增量，在两种光学元件级联条件下，对模拟光源的退偏比也表现出累加性的误差增大。
偏振激光雷达 二向色镜 气溶胶退偏比 误差分析 光学学报
2023, 43(24): 2428002
1 长春理工大学电信学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题，若仅依赖单偏振抑制反光，目标与背景之间对比度低，难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光，虽然对比度有所提高，但图像整体亮度较低，识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象，首先分析偏振抑制反光的能力，其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律，最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明，Mueller矩阵中M22和M33图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素，通过M22和M33生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时，有效地提高了目标与背景之间的对比度，从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。
偏振抑制反光 透窗成像 Mueller矩阵 退偏图像 光学学报
2023, 43(20): 2012003
上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620
为了克服在数字全息术中激光源高相干度造成的散斑噪声降低成像质量问题，论文提出将石英退偏器与电控液晶散射片相结合用于数字全息术中。通过在物光路中加入一个石英退偏器，利用退偏器的退偏性能使物光光路中的线偏光变成随机偏振光，降低与参考光的相干程度，实现对散斑噪声的抑制；通过给液晶散射片外加电场可以引起液晶分子的运动和光轴取向改变，调整液晶驱动电压大小来改变入射光的不同散射效果，有效地降低了光源的相干性；分别将单独采用石英退偏器和电控液晶散射片的重建图像与组合装置的重建图像进行对比分析，通过实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明：两种实验对象在组合装置下的重建像峰值信噪比分别达到16.91和18.30，结构相似度为0.47和0.43，等效视数较原始重建像提高了42%和30%，散斑指数为1.52和1.29。论文提出的方法可较好地去除散斑噪声，保留更多的图像细节部分。
数字全息 噪声抑制 液晶 退偏器 偏振态 digital holography noise suppression liquid crystal depolarizer polarization state
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院，安徽 合肥 230026
2 南京大学 大气科学学院，江苏 南京 210023
激光雷达具有探测距离远，分辨率高，对气溶胶浓度变化敏感等优势，偏振激光雷达还能够对粒子形态做区分，根据消光系数及退偏比值识别云、雾、烟尘等。利用偏振激光雷达进行扫描观测，可以实现火灾烟尘的快速识别。通过对不同波长的激光雷达探测距离进行仿真，结果表明，波长为1064 nm的激光雷达探测距离为532 nm波长的1.3~1.4倍。通过优化扫描策略及算法，可剔除固定障碍物及临时移动障碍物的影响。为避开安装点位周边高度相近的障碍物，通常会给激光雷达设置一定仰角，对存在探测仰角时产生的水平距离偏差及垂直高度测量偏差进行计算，当激光雷达探测仰角为2°时，6 km处测量高度偏差为209.397 m。使用高斯烟羽模型对烟尘浓度分布进行仿真，当大气稳定度为B，平均风速为1 m/s时，200 m高度处烟尘浓度分布高值点距地面火点的径向距离≥1 km，为火点准确定位提供了修正依据。分别在辽宁省盘锦市盘山县绕阳湖景区，广东省东莞市观音山森林公园进行外场实验，偏振激光雷达在开阔地带及多障碍物山体地带下，均能够快速识别烟尘。
偏振 激光雷达 退偏比 遥感 烟火监测 polarization lidar depolarization ratio remote sensing fire smoke monitoring 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220508
武志昆 1,2,3,4石恩涛 1,3,4,*王咏梅 1,2,3,4郭宝泽 1,2,3,4李鹏达 1,3,4
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 天基空间环境探测北京市重点实验室, 北京 100190
4 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室, 北京 100190
为了降低光谱仪的偏振敏感度,提出了一种在会聚光路中设计退偏器的方法。该方法首先将系统的望远镜和准直镜视为辅助光路,使得光束的偏振状态可以用Stocks矢量来表示;然后使用Mueller矩阵来表示元件的偏振特性,并推导出了基于Mueller矩阵的系统偏振敏感度模型;最后利用多重多元回归分析来提升Mueller矩阵的计算速度与精度。基于该方法设计了一款放置在会聚光路中的改进型退偏器,系统的偏振敏感度小于1%,像点分裂距离小于8 μm,该结果满足设计要求,验证了该方法在会聚光路中设计退偏器的有效性。
测量 光谱仪 偏振敏感度 会聚光路 退偏器 光学学报
2022, 42(10): 1012001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 白俄罗斯共和国开放式股份公司“精密电子机械制造设计局-光学机械设备”，白俄罗斯 明斯克 220033
退偏器在深紫外光刻机照明系统中具有重要作用。尽管相关的设计、制造、性能评估已有一些报道，但是，相应的检测手段大多工作在可见光波段，目前仍缺乏直接对深紫外特定波长应用的退偏器进行性能检测的方法。本文提出了一种与激光光强波动无关的248 nm退偏器检测方法，使用248.372 nm波长的KrF准分子激光器作为光源，利用预起偏和偏振分光设计克服了激光光强波动造成的不利影响。误差分析表明，该方法适用于退偏器性能检测，绝对系统误差小于0.1226%，随机误差约0.2000%。验证实验和稳定性实验表明，测量偏振度均值与理论值高度一致，重复性水平与分析预期相当，再现性水平仅略差于重复性水平。这一方法为248 nm光刻机照明系统中使用的退偏器提供了一种稳定有效的离线性能检测手段。
测量 偏振检测 退偏器 深紫外 光刻 误差分析
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
采用遗传算法优化设计了宽波段低偏振高反膜,实现了反射式望远镜在不同波段的偏振像差校正。利用偏振像差函数分析了金属膜和低偏振膜对卡塞格林望远镜偏振像差的影响。仿真结果表明,镀低偏振膜的望远镜产生的二项衰减像差略小于镀铝膜的情况,而相位延迟像差下降明显,在355,532,1046 nm波长处分别降低了1.13°,1.00°,0.68°。最后,根据望远镜的Mueller矩阵与大气退偏参数的关系计算了不同波段和视场条件下所选膜对退偏参数误差的影响,结果表明,校正望远镜偏振像差后退偏参数的测量精度会提高。
物理光学 偏振像差 Jones光瞳 像差校正 退偏参数
光子学报
2021, 50(12): 1217002
1 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
2 中国气象局气象探测中心， 北京 100081
基于激光雷达连续观测数据反演得到的多种气溶胶光学参数，包括气溶胶后向散射系数(355/532/1064nm)、消光系数(532/607nm)、退偏比(532p/532s)、激光雷达比(532nm)及波长指数(355/532nm和532/1064nm)，分析了2019年10月北京城区三种不同污染事件(空气污染/污染沙尘/纯沙尘)的气溶胶光学特性。结果表明，空气污染气溶胶退偏比(波长指数)为0.10±0.02(1.2±0.19)，激光雷达比(43±7sr)相比典型城市污染气溶胶偏低，可能与硝酸盐等水溶性气溶胶吸湿增长或二次有机气溶胶的生成有关; 污染沙尘退偏比(波长指数)为0.19±0.03(1.0±0.35)，激光雷达比为51±7sr; 纯沙尘相比前者退偏比(0.25±0.03)较大，波长指数(0.11±0.44)较小，激光雷达比为40±4sr。
激光雷达 气溶胶 沙尘 激光雷达比 退偏比 波长指数 lidar aerosol dust lidar ratio depolarization ratio A°ngstrm exponent
