單彈光調制傅里葉偏振光譜測量研究

張 瑞，王志斌，李 曉，陳友華，王耀利，楊 強

(1.中北大學 儀器科學與動態測試教育部重點實驗室，山西 太原030051；2. 中北大學 山西省光電信息與儀器工程技術研究中心，山西 太原030051)

引言

對于地球表面和大氣中的任何目標，在反射、散射和透射太陽輻射的過程中，會產生由其自身性質決定的偏振特性。通過獲取目標的偏振特性可以為被觀測目標提供傳統方法無法獲取的新信息，對所獲得的信息進行綜合利用，可以有效提高目標檢測和識別能力。因此偏振信息獲取在大氣氣溶膠檢測、環境監測、目標識別、以及生物醫學等領域具有廣闊的應用前景[1-2]。光的偏振特性主要用Stokes矢量(S0,S1,S2,S3)T表示[3]，因為Stokes矢量既可以表示全偏振光，也可以表示部分偏振光和非偏振光，自然界中主要的是部分偏振光和非偏振光。因此，對Stokes矢量測量具有非常重要的意義。

彈光調制是基于彈光效應的調制器件，具有無機械振動、通光角孔徑大(錐角達±50°)、受光面積大(最大為45 mm)、信號調制頻率高(20 kHz～100 kHz)、適用波段寬(從紫外到紅外)、機械品質因數高(≥103)等優點[4-8]。這些優點使得PEM在大視場、高靈敏度、高速度、寬光譜測量中具有無可比擬的優勢。目前的彈光調制測偏振方法主要有兩種：一種是通過一次測量鎖相4個不同頻率分量可以獲得Stokes矢量，但控制操作比較復雜；另一種是通過雙彈光差頻調制測量，但需要加入波片。并且上述兩種方法難以得到復色光的偏振光譜。針對以上測量方法存在的缺點，本文介紹一種單彈光調制器偏振光譜測量新方法，該方法對調制信號傅里葉變換得到被測光Stokes矢量中S1、S2和S3的光譜，給出該方法的理論推導，并通過仿真驗證其可行性。……