高精度空間振幅調製光譜偏振探測技術研究

《高精度空間振幅調製光譜偏振探測技術研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由李雙擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：高精度空間振幅調製光譜偏振探測技術研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：李雙
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

空間振幅調製光譜偏振探測技術利用光劈延遲器將偏振信息調製在與光譜色散方向相垂直的空間方向上，“空間維”用於偏振測量，“光譜維”用於光譜測量。這使得偏振信息獲取與光譜信息獲取相互獨立，避免了光譜強度調製方法中偏振信息獲取對光譜解析度的依賴，實現光譜測量和偏振測量同時最佳化。此技術單次測量即可獲取全部光譜偏振信息，瞬態目標或儀器與目標存在相對運動的情形都能實現高精度偏振測量。通過工程化設計可實現結構緊湊，體積小巧，測量精度高的光譜偏振探測設備，將為我國行星空間探測提供一種新的測量手段。.在課題研究過程中採用理論分析與實驗相結合的方法，首先進行高精度空間振幅調製光譜偏振探測技術的機理研究，利用計算機模擬分析來確定關鍵參數並評估誤差來源；在機理研究的基礎上搭建實驗測量裝置開展原理性實驗研究，為高精度空間調製光譜偏振探測技術的空間實際套用奠定基礎。

結題摘要

光譜偏振測量目前在天文學觀測、航空航天遙感和生物醫學診斷等諸多領域都得到了廣泛的套用，其探測方法大致可歸納為分時調製、空間調製和光譜強度調製方法。分時調製和空間調製測量方法存在差分效應，導致偏振測量精度不高；光譜強度調製方法可獲取寬頻光譜偏振信息，但是會犧牲光譜解析度。上述方法無法滿足行星探測（特別是類地行星探測）必須同時實現高精度的光譜偏振測量、寬的光譜覆蓋範圍以及高的靈敏度的要求。空間振幅調製光譜偏振探測技術保留了光譜強度調製方法的優點，同時又避免了偏振信息與光譜信息獲取過程中的相互干擾。本技術亦可實現結構緊湊，體積小巧，測量精度高的光譜偏振探測設備，可為我國行星空間探測提供一種新的測量手段。 在理論上推導了不同結構形式（特別是雙複合光楔的組合形式）下空間調製光譜探測方法的米勒矩陣及其係數矩陣，基於理論推導結果編寫完成相應的仿真軟體程式，利用程式仿真獲取各種結構形式下空間調製光譜表現形式的結果。利用程式仿真分析了器件加工誤差的對於偏振測量精度的影響研究以及定標校正方法的研究。 依據理論推導完成原理實驗方案設計與裝置搭建。選用透射光柵作為分光元件，採用透射式準直與成像鏡頭重新構建光譜儀系統。通過理論分析，完成了光劈延遲器材料和結構參數設計。利用搭建的實驗裝置，採用積分球作為光源進行不同偏振態條件下2D光譜偏振調製圖像的獲取，通過與相應的仿真圖像比較可證明此技術的原理可行性。 採用窄帶濾光片和光譜定標光源相結合，獲取了分立光譜通道下不同入射偏振態條件下2D光譜偏振調製的圖像數據。採用最小二乘法方法對原始數據進行解調，在未定標的情況下，解調後的偏振度測量精度分別為Q≤2.5%；U≤4.2%；V≤7.1%，同時對於影響調製精度的因素進行了分析，主要是雙複合光劈延遲器的軸心偏移造成的延遲器量變化導致不同參數之間的串擾。