[发明专利]复杂环境全偏振多角度散射模拟及测试系统

说明书

技术领域

本发明属于光电成像探测领域，特别涉及一种多角度散射模拟及偏振传输特性测试系统。

背景技术

复杂环境中的大气分子、气溶胶粒子、烟尘雾霾对光的传播会产生很大的影响，导致衰减、消光，作用距离下降，成像对比度降低等问题，极大地降低了成像探测的精度和效果。复杂环境的湿度、气温、风力、风向等都会使目标的偏振特性在传输过程中发生变化。复杂环境传输介质颗粒的成分、粒径大小和颗粒形貌与不同波长光波偏振特性密切相关。环境越复杂对光传输特性影响越大，对成像的影响就越大，全偏振成像探测技术既能获取线偏振信息又可获取圆偏振信息，因而可以削弱和降低复杂环境的干扰。

在复杂环境下全偏振传输探测方面，国外开展研究较早，先后建立了各类不同规模的环境模拟设备，如英国皇家陆军科学研究院车辆环境实验室该设备试验间尺寸为16m×8m×8m(长×宽×高)，温度范围为常温～50℃，湿度可到85×(1±0.05)RH(≤40℃)，太阳辐射强度最大1kW/m²，模拟的最大风速为35m/s。以色列在雾霾天气环境下进行了全偏振成像实验，指出雾霾环境下大气中存在大量的散射介质，比如烟雾颗粒等。这些散射介质将会对光的传输及传统的光成像造成相当程度的影响，导致成像效果的对比度下降、清晰度不高和作用距离短。但是全偏振成像能够减少这些散射介质的作用，从而改善了成像效果，提高了成像探测的作用距离。

在我国，北京理工大学研究了532nm，650nm和780nm三个波长的光与粒径为325nm的脂肪乳剂液散射粒子的后向散射光的线偏振度特性。福建师范大学研究了波长为54nm的风冷Ar⁺激光器针对线偏振光在葡萄糖散射介质中传输特性。但是这些研究只是针对单一的线偏振光传输特性，还仅停留在数值仿真模拟阶段，即使是实验也是单一平台、单一信道、单一型号产品进行研究，没有建立相对完整的测试平台和综合分析及仿真系统。

由此可见，传统测定方法模拟真实情况单一，可适用的范围小，不可定量分析。所以，本领域亟需一种具有定量分析能力，能够模拟全偏振光在复杂环境下多角度散射的测试系统来改变这样的现状。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种适用范围广、操作方便、效率高、精度高、可重复的复杂环境全偏振多角度散射模拟及测试系统。

本发明是这样设计的：

复杂环境全偏振多角度散射模拟及测试系统，其特征在于：全偏振光产生装置可产生多个波段的全偏振激光，激光通过多角度传输环境模拟装置上开设的多个特定角度的光学窗口，再进入全偏振光探测装置；计算机系统获取并分析全偏振光产生装置、多角度传输环境模拟装置与全偏振光探测装置的信息；

所述的多角度传输环境模拟装置的侧壁开设有入射光学窗口与6个散射接收光学窗口：散射接收光学窗口Ⅰ、散射接收光学窗口Ⅱ、散射接收光学窗口Ⅲ、散射接收光学窗口Ⅳ、散射接收光学窗口Ⅴ、散射接收光学窗口Ⅵ；所述的6个光学窗口分别对应30°、45°、60°、90°、135°、180°的散射角度；

所述的多角度传输环境模拟装置的形状为圆柱形；所述的全偏振光产生装置与全偏振光探测装置均位于以多角度传输环境模拟装置中心为圆心的圆周上；所述的全偏振光产生装置正对入射光学窗口；所述的全偏振光探测装置正对散射接收光学窗口。

所述的全偏振光产生装置包括可变波长及功率可调的激光器与起偏装置；所述的起偏装置包括衰减片、起偏片、位相延迟器Ⅰ与扩束器Ⅰ；所述的可变波长及功率可调的激光器、起偏片、位相延迟器Ⅰ与扩束器Ⅰ依次排列。

所述的多角度传输环境模拟装置中心设置有目标板，即可测量多角度目标偏振前向或后向散射特性。

所述的多角度传输环境模拟装置中注入传输介质，即可测量全偏振光多角度散射传输特性。

所述的全偏振光探测装置包括全偏振光检偏装置、偏振stokes矢量获取装置与偏振态探测装置；所述的全偏振光检偏装置包括扩束器Ⅱ、位相延迟器Ⅱ、检偏片与分光棱镜；偏振光经分光棱镜被偏振stokes矢量获取装置与偏振态探测装置所接收。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明建立的复杂环境全偏振多角度散射模拟及测试系统，可模拟多种复杂环境，如烟雾，水雾，燃烧烟尘，可实时控制并检测环境粒子物理参数，如浓度、湿度、温度、粒子半径等。

2、本发明构建了一种针对复杂环境全偏振多角度散射模拟及测试系统，可采集可见光波段，近红外，中红外的线和偏振光信息，从而实现对全偏振传输探测的研究。