偏振光经过1/4波片后偏振态的变化

利用Jones矩阵研究偏振光通过1/4波片后偏振态的变化,主要计算线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光通过1/4波片后偏振态的变化.计算结果表明,入射线偏振光的偏振方向与波片快(慢)轴一致时,出射光仍为线偏振光;偏振方向与波片快(慢)轴成π/4角时,出射光为圆偏振光;偏振方向与波片快(慢)轴成任意角时,出射光为椭圆偏振光;而入射椭圆偏振光的椭圆主轴与波片快(慢)轴一致时,出射光为线偏振光;椭圆主轴与波片快(慢)轴成任意角时,仍为椭圆偏振光;若入射光为圆偏振光,则出射光为线偏振光.     

双λ/4波片复合的特性分析

为了得出双λ/4波片复合后的综合偏振特性,利用Stokes矢量和Muller矩阵从理论上分析了线偏振光通过双λ/4波片后出射光的偏振态.结果表明：调整第一只λ/4波片快轴与入射线偏振光光矢量的夹角以及两只λ/4波片快轴之夹角,可以获得不同的偏振态,即：出射光可为线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光,且各夹角不同,出射光的态势及旋性就不同,调整其中某个角度,能够实现偏振光状态的转换.     

双λ／2相位延迟片的复合效应

基于现有复合波片研究的基础上,利用琼斯矩阵给出了由2个λ/2相位延迟片的组合理论.通过自行搭建偏光参数自动测量系统,测量了复合波片各种复合状态下的光强连续变化曲线,由此验证了复合波片组合理论的正确性.     

旋光法测量波片位相延迟量

在对波片延迟量的测量中常因光源起伏影响测量精度，出现较大的测量误差.为了避开光源强度起伏的影响，提高系统的测量精度，减小测量误差，作者用两个标准λ/4波片与待测波片组合，使其满足一定条件等效为旋光器，搭建了一套测量系统，用角度测量替代对光强的直接测量.实验表明，该系统可有效避免光源强度起伏对测量结果的影响，测量精度可达0.5°.与传统测量方法相比，该测量系统具有构造简单，不受光源起伏影响，以及测量精度高等特点，是一种便捷有效的测量方法.     

紫外三元复合消色差相位延迟器优化设计的分析

为了设计在紫外波段消色差性能优良的三元复合λ／4波片,根据复合波片理论,利用同一波长（300nm）的2个λ0／4波片和1个λ0／2波片组合成复合波片,研究了复合波片的相位延迟量随波长的变化,得出复合波片在250-350nm的光谱范围内是消色差的;在此基础上对三元复合消色差λ／4波片进行了优化设计,即通过改变中间波片的相位延迟量和精确调整复合角,使消色差范围拓宽到200-400nm,相位延迟计算偏差在5％左右．通过改变中间波片的材料,即氟化镁晶体代替石英晶体,用上述同样方法设计出UVC波段消色差λ／4波片,其相位延迟计算偏差在2％以内．这种优化设计对拓宽紫外波段消色差范围,提高延迟量精度具有实用价值．     

机床滚转角测量中敏感元件倾斜引起的误差分析

为研究正交偏振光相位法测量机床滚转角过程中,机床的俯仰、偏摆运动误差对测量精度的影响,建立了测量光路数学模型,利用琼斯矩阵法计算光路中光的偏振态变换过程,并推导出被测滚转角与相位变化量间的测量公式。在此基础上,采用光的偏振和晶体光学理论,分析了测量过程中机床俯仰、偏摆运动误差造成的敏感元件(即1/2波片)倾斜所引起的测量误差。分析结果表明,1/2波片在倾斜角度小于2°的情况下所引起的测量误差小于0.1%,对测量精度影响较小,从而论证了正交偏振光相位法高精度测量机床滚转角的可行性。     

圆偏振光的产生、测量与自旋偏振电子的光注入

理论上给出了线偏振光通过波片产生的椭圆偏振光的圆偏振度与方位角和相位延迟量的关系.结果表明,圆偏振度对方位角的变化更灵敏,在保持圆偏振度不变条件下,每提高方位角精度一度,则可降低相位延迟精度至少两度,这将改变人们重视相位延迟而轻视方位角精度的通常做法,降低1/4波片的加工难度和造价.还给出了宽带光谱分布和波片相位延迟色散对圆偏振度影响的解析解.发展了一种圆偏振度和波片相位延迟实验测量的简单方法.利用这种方法实验测试了Newport公司生产的1/4波片的相位延迟.     

基于磁光调制及基频信号检测的高精度波片测量

为提高波片相位延迟量的准确性,提出了一种基于磁光调制的波片相位延迟量测量方法.在标准1/4波片和检偏器之间插入磁光调制器,调整元件转角使出射光强只剩下偶次谐波成分,利用该特性,通过检测基频成分的残余量而非整个光强信号来进行波片相位延迟量的精密测量.利用琼斯矩阵推导了相应的理论公式并建立了波片测量系统,误差分析表明当环境温度变化范围为0.1℃时,系统测量不确定优于5',对1/2波片和1/4波片的重复测量实验表明测量标准偏差约为2'.      

椭圆偏振光实验的数学描述

出λ/4波片的o、e光产生椭圆偏振光。找出椭圆偏振光的振幅（光强）与对应的椭圆长,短轴之比及在空间取向之间的数学关系。经检偏器后,通过测量光强从而描绘出椭圆偏振光。     

波片相位延迟量的四步移相法测量

基于波片的密勒矩阵和斯托克斯矢量推导出了测量波片相位延迟量的通用表达式,并在此基础上提出了在光路中分出校正光束的四步移相法.该方法在测量波片的相位延迟量时无需知道波片光轴的具体位置,并可以平衡掉激光光源的波动,从而消除了光源的不稳定给测量结果带来的误差,同时该方法简化了测量过程,提高了测量精度.     

复合延迟片研究

调整两波片快轴之间的夹角,可得到一种复合延迟),能用来代替1/4和1/2波片使用。     

基于线阵CCD的位标器方位角测量系统设计

针对电磁测量法在方位角测角范围和线性度两个方面的不足,介绍了一种采用线阵CCD传感器探测陀螺转子表面图形的非接触式光学测量方法。首先,对处于静态和动态下的位标器陀螺转子进行数学建模,推导出方位角的计算公式。其次,通过MATLAB仿真分析,确立合适的图形参数,并采用最小二乘法进行曲线拟合,以探讨传感器的线性度。最后,在DSP开发平台下搭建测量系统,并对测量误差进行了分析。实验结果表明:基于线阵CCD的位标器方位角测量系统,抗电磁干扰能力强,测量精度高,且当方位角在[-30°,30°]范围内时,线性度为0.017 2。     

偏振光学中几个问题的探讨

本文讨论了晶体的光轴与晶片快、慢轴及其相互间的关系 ,并提出一种测量 1/ 4波长片快慢轴的简单方法     

基于超短基线的GPS测姿算法研究

针对超短基线下姿态测量结果稳定性差及可靠性低的问题,提出一种更加可靠稳定的基于超短基线的全球定位系统（global positioning system,GPS）姿态测量算法。构建了扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filtering,EKF）模型,并对扩展卡尔曼滤波模型中测量噪声矩阵采用基于卫星高度角模型,得出比较准确的浮点模糊度;联立了载波双差观测方程和伪距双差观测方程,并采用改进模糊度最小二乘去相关平差法（modified least-squares ambiguity decorrelation adjustment algorithm,M-LAMBDA）进行快速模糊度固定解算;利用了滤波法进行姿态解算。实验结果表明,与其他测姿算法相比,该算法可适用于超短基线,能够提高姿态结果的稳定性与可靠性,在基线为20 cm静态环境中,该算法模型航向角的误差方差为0.1左右,航向角的绝对误差为2°左右。在基线为20 cm动态环境中,该算法模型航向角的误差方差为2左右,姿态角的绝对误差为3°左右。     

地应力测井解释方法及其可靠性对比

为了对比井壁崩落法、诱导裂缝法和波速各向异性法在地应力方位解释中精度差异,系统阐述了测井地应力方位分析的理论基础、解释方法和影响因素。结果表明,基于成像测井资料的钻井诱导裂缝法和井壁崩落法解释G6井在沙河街组三段最大水平主应力S_H优势方位为70°~80°,与邻井微地震监测反演结果相一致。波速各向异性法和基于地层倾角测井资料的井壁崩落法解释S_H优势方位为80°~90°。测井地应力方位解释精度不同程度地受天然裂缝、断层和地层倾角等因素影响,综合分析认为钻井诱导裂缝法解释S_H方位结果最为准确。基于地层倾角测井的井壁崩落法解释S_H方位在研究区有约10°的误差。波速各向异性法解释S_H方位时,具有一定的局限性,需要进一步校正。     

针对射频相对测量敏感器的快速标定方法

在卫星编队飞行系统中,射频（radio frequency,RF）相对测量敏感器能够完成两颗卫星的相对位置和姿态的测量,为了验证其测量精度,提出了一种基于激光跟踪仪的快速标定方法.在标定过程中,针对拟合坐标原点和坐标轴产生误差较大的问题,提出了一种基于最小二乘拟合球体和圆的方法,分别确定坐标系的原点和坐标轴;利用坐标系间的固有关系设计了相对坐标系的快速转换方法.在飞行器模拟平台进行验证,实验结果表明,拟合坐标系原点均方根误差为0.120 764 mm,拟合坐标轴轴向的均方根误差为0.157 138 mm,坐标系转换误差的范围为0.30~0.75 mm,能够满足敏感器毫米级定位精度的标定要求.      

方位保持仪姿态误差补偿技术

给出了陆用惯性导航系统方位保持仪的误差补偿方法.在方位保持仪纵轴和横轴方向安装2个互相垂直的加速度计,测量载体的俯仰角和横滚角,采用多组坐标变换将姿态角、地球自转角速度和重力分别投影到陀螺坐标系,结合动力调谐陀螺仪漂移与重力相关的特性,分析了与重力一次项相关的漂移分量,分别从支架误差、地球自转分量和陀螺仪与重力相关漂移3个方面对方位保持仪进行误差补偿.实验结果表明,采用上述方法进行误差补偿的方位保持仪,漂移小于0.06°/h.     

基于PSD和光源调制的合作目标位姿探测方法

空间目标的相对位置与姿态探测是航天器对接领域的研究重点,探测方法主要分为遥测法和光学测量法两大类.其中,后者依靠其速度快、稳定性高、信息量大等优势,成为了近距离位姿探测的主要方法.我们通过双目视觉模型可计算出空间合作目标上特征光点深度信息,再根据特征光点间已知的结构、尺寸等约束信息,实现对目标姿态的解算.本文依据PSD相较于CCD和CMOS传感器,有无需图像特征提取过程、响应速度快、位置分辨率高等优势,且双目立体视觉系统的仿生学结构可直接获取到探测目标的深度信息,提出了采用双PSD视觉模型,并配合特征光点的亮度与顺序联合调制实现对空间合作目标的位姿探测方法.实验结果表明,当光标靶姿态调整±30°时,系统的平均测量误差为2.541°,当姿态角小于15°时,俯仰角和偏航角的平均偏差分别为0.923°和0.563°;大于15°时,受限于光源发散角度的影响,俯仰角和偏航角平均偏差分别增加至4.566°和4.106°,系统能够快速、稳定解算光标靶的空间位姿.