CN113758878A - 基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法 - Google Patents

基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法，属于偏振传输实验测试领域，该方法将通过水平方向环境模拟装置下层海雾环境模拟层的出射光偏振态作为环境模拟装置上层大气环境模拟层的入射光偏振态，即可通过水平方向环境模拟装置上层大气环境模拟层一层的测试效果等效垂直方向环境模拟装置两层的测试效果，侧壁光学玻璃安装防水框即可测量和抑制由于水雾沉降引起的实验误差。该方法在抑制附着水雾影响的同时，通过垂直路径与等效路径同时探测的方式，也可得到不同充雾时间光学玻璃附着水雾对偏振传输特性结果的影响，从而提高大气‑海雾环境偏振传输特性实验的准确性，为多层介质下偏振探测传输的研究提供新的测试方法。

Description

基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法
技术领域
本发明属于偏振传输实验测试领域，具体地，涉及一种基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法。
背景技术
在自然环境中，存在着不同的多层介质环境，如沿海地区的大气-海雾环境、内陆的大气-雾霾环境、大气-沙尘环境等等。多层介质环境使机载垂直探测难度显著增加。因此，研究多层介质垂直探测对海陆交通、救援、侦查具有重要意义。
但由于机载室外实验难度大、耗时长、费用高，一般采用室内多层介质实验模拟场外真实环境。室内实验研究表明，偏振光在复杂介质中相对于非偏振光具有良好的穿透性，可以携带更丰富的信息，所以多采用偏振光进行偏振探测实验。但在室内实验中发现，由于水雾沉降，会在垂直方向光学窗口上附着一层水雾，导致对实验结果中偏振态等参数产生干扰，影响结果准确度，所以研究一种基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法具有重要意义。
因此，为了抑制光学窗口沉降水雾对多层介质环境模拟装置室内实验的影响并对其进行测量，亟需一种基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法。
发明内容
本发明的目的是针对在多层介质模拟装置偏振传输实验中，垂直路径上光学玻璃由于介质沉降会附上一层水雾，影响实验结果，为了研究由于水雾沉降在光学窗口附着水雾对实验造成的影响，并进行抑制，提供了一种基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法，该方法应用的环境模拟装置分为上、下两层，上层和下层的结构一致均为正方体，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一、前期准备：
①沿竖直方向，将偏振发射系统Ⅰ和偏振接收系统Ⅰ置于同一光束传输光路上，进行光路校准，使得偏振发射系统Ⅰ出射的光依次经过环境模拟装置的上下两层后射入偏振接收系统Ⅰ，沿水平方向，将偏振发射系统Ⅱ和偏振接收系统Ⅱ置于同一光束传输光路上，进行光路校准，使得偏振发射系统Ⅱ出射的光经过环境模拟装置的下层后射入偏振接收系统Ⅱ；沿水平方向，偏振发射系统Ⅲ和偏振接收系统Ⅲ置于同一光束传输光路上，进行光路校准，使得偏振发射系统Ⅲ出射的光经过环境模拟装置的上层后射入偏振接收系统Ⅲ；
②根据实验需要，偏振发射系统Ⅰ和偏振发射系统Ⅱ配置为能够发射水平线偏振光、垂直线偏振光、+45度线偏振光、-45度线偏振光、左旋圆偏振光或右旋圆偏振光中的一种；
③偏振发射系统Ⅲ配置为能够发射任意偏振态的偏振光；
步骤二、空箱开启偏振发射系统Ⅱ，偏振发射系统Ⅱ发射出水平线偏振光、垂直线偏振光、+45度线偏振光、-45度线偏振光、左旋圆偏振光或右旋圆偏振光中的一种；通过偏振接收系统Ⅱ接收到的透空箱水平方向光功率和偏振态称为第一光功率和第一偏振态；向环境模拟装置的下层充雾，直至偏振接收系统Ⅱ中的光功率计Ⅱ示数稳定不再变化，停止充雾，形成海雾环境模拟层，此刻偏振接收系统Ⅱ接收到的透海雾环境水平方向光功率和偏振态称为第二光功率和第二偏振态；
步骤三、排空下层海雾环境模拟层全部海雾，并擦干设置在环境模拟装置底部的光学玻璃窗口上的光学玻璃，环境模拟装置变为空箱状态；调节偏振发射系统Ⅰ，使得偏振接收系统Ⅰ获得第一光功率和第一偏振态；调节偏振发射系统Ⅲ，使偏振接收系统Ⅲ获得第二光功率和第二偏振态；
步骤四、同时向环境模拟装置的下层充雾和上层充大气气溶胶，分别形成海雾环境模拟层和大气环境模拟层，充雾时间和充雾过程与步骤二完全一致，充雾直至偏振接收系统Ⅰ中的光功率计Ⅰ示数稳定不再变化，称此刻偏振接收系统Ⅰ接收到的透双层环境垂直方向光功率和偏振态为第三光功率和第三偏振态；称此刻第三偏振接收系统接收到的透大气环境水平方向光功率和偏振态为第四光功率和第四偏振态；
步骤五、分别对比第三光功率和第四光功率、第三偏振态和第四偏振态，即可获得光学玻璃附着水雾对实验结果的影响，第四光功率和第四偏振态即为抑制光学玻璃附着水雾影响的光功率和偏振态。
进一步，所述偏振发射系统Ⅲ由沿着光的传播方向依次设置的激光器Ⅲ、衰减片Ⅲ、偏振片Ⅲ、液晶可变相位延迟器Ⅰ和液晶可变相位延迟器Ⅱ组成。
进一步，步骤一中③，偏振发射系统Ⅲ配置为能够发射任意偏振态的偏振光的过程如下：以水平方向为基准，将偏振发射系统Ⅲ中的偏振片Ⅲ偏振方向设置为水平方向即0度、液晶可变相位延迟器Ⅰ的快轴与水平方向夹角为45度和液晶可变相位延迟器Ⅱ的快轴与水平方向夹角为0度，则有：
Figure BDA0003287740550000031
Figure BDA0003287740550000032
Figure BDA0003287740550000033
其中MP为偏振片Ⅲ的Muller矩阵；MLCVR1为液晶可变相位延迟器Ⅰ的Muller矩阵；MLCVR2为液晶可变相位延迟器Ⅱ的Muller矩阵；θ为偏振片Ⅲ偏振方向角度即0度；α为液晶可变相位延迟器Ⅰ的快轴与水平方向夹角即45度；β为液晶可变相位延迟器Ⅱ的快轴与水平方向的夹角即0度；δ1为液晶可变相位延迟器Ⅰ的相位延迟；δ2为液晶可变相位延迟器Ⅱ的相位延迟；
偏振光水平方向通过环境模拟装置上层大气环境模拟层前后的斯托克斯矢量关系式为：
Figure BDA0003287740550000041
其中Sin＝[Iin Qin Uin Vin]和Sout＝[Iout Qout Uout Vout]T分别为入射光和出射光的斯托克斯矢量，Iin是入射光总光强、Qin是入射光水平与垂直线偏振光光强之差、Uin是入射光45度与135度线偏振光光强之差、Vin是入射光右旋与左旋圆偏振光光强之差；Iout是出射光总光强、Qout是出射光水平与垂直线偏振光光强之差、Uout是出射光45度与135度线偏振光光强之差、Vout出射光是右旋与左旋圆偏振光光强之差；
通过外置控制器调节电压进而控制液晶可变相位延迟器Ⅰ的相位延迟δ1和液晶可变相位延迟器Ⅱ的相位延迟δ2进行偏振调制，即可得到任意偏振态的偏振光。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：针对研究多层介质垂直方向的偏振传输特性室内实验中，由于水雾沉降会在光学玻璃上形成一层水雾，影响偏振特性实验结果的缺陷，本发明提出了一种基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法。通过偏振接收系统得到水平方向环境模拟装置下层海雾环境模拟层的出射光偏振态，并利用双液晶可变相位延迟器调制偏振态使水平方向通过水平方向环境模拟装置上层大气环境模拟层的入射光偏振态等于通过水平方向环境模拟装置下层海雾环境模拟层的出射光偏振态，同时开启下层充雾和上层充气溶胶后即可通过水平方向环境模拟装置上层大气环境模拟层一层的测试效果等效垂直方向大气-海雾模拟装置两层的测试效果，使该方法在抑制附着水雾影响的同时，通过垂直路径与等效路径同时探测的方式，也可得到不同充雾时间光学玻璃附着水雾对偏振传输特性结果的影响，为多层介质下偏振探测传输的研究提供新的测试方法。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法所采用系统的结构示意图。
图中各标记如下：1为偏振发射系统Ⅰ，101为激光器Ⅰ，102为衰减片Ⅰ，103为偏振片Ⅰ，104为四分之一波片Ⅰ，2为偏振发射系统Ⅱ，201为激光器Ⅱ，202为衰减片Ⅱ，203为偏振片Ⅱ，204为四分之一波片Ⅱ，3为偏振发射系统Ⅲ，301为激光器Ⅲ，302为衰减片Ⅲ，303为偏振片Ⅲ，304为液晶可变相位延迟器Ⅰ，305为液晶可变相位延迟器Ⅱ，4为偏振接收系统Ⅰ，401为非偏振分光棱镜Ⅰ，402为光功率计Ⅰ，403为偏振态测量仪Ⅰ，5为偏振接收系统Ⅱ，501为非偏振分光棱镜Ⅱ，502为光功率计Ⅱ，503为偏振态测量仪Ⅱ，6为偏振接收系统Ⅲ，601为非偏振分光棱镜Ⅲ，602为光功率计Ⅲ，603为偏振态测量仪Ⅲ，7为环境模拟装置，701为第一光学玻璃窗口，702为第二光学玻璃窗口，703为第三光学玻璃窗口，704为第四光学玻璃窗口，705为第五光学玻璃窗口，706为第六光学玻璃窗口，707为第七光学玻璃窗口，708为海雾粒子发生器，709为大气气溶胶发生器，8为数据处理系统。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本发明的实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”和“第七”仅用于描述目的，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”和“第七”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
如图1所示，本发明提出的基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法所采用系统包括：偏振发射系统Ⅰ1、偏振发射系统Ⅱ2、偏振发射系统Ⅲ3、偏振接收系统Ⅰ4、偏振接收系统Ⅱ5、偏振接收系统Ⅲ6、环境模拟装置7和数据处理系统8。
所述偏振发射系统Ⅰ1位于环境模拟装置7下方，且正对第一光学玻璃窗口701，偏振发射系统Ⅰ1用于为垂直方向设置的环境模拟装置7上下两层环境发射偏振光；偏振发射系统Ⅰ1由沿着光的传播方向依次布置的激光器Ⅰ101、衰减片Ⅰ102、偏振片Ⅰ103和四分之一波片Ⅰ104组成，根据实验需要，激光器Ⅰ101可用于发射可见光或近红外光，衰减片Ⅰ102用来改变激光到达偏振接收系统Ⅰ4的光功率；通过调节偏振片Ⅰ103和四分之一波片Ⅰ104用来获得不同偏振态的偏振光。
所述偏振发射系统Ⅱ2位于环境模拟装置7下层设有第四光学玻璃窗口704的一侧，且偏振发射系统Ⅱ2与第四光学玻璃窗口704正对，偏振发射系统Ⅱ2用于为水平方向环境模拟装置7的海雾环境模拟层发射偏振光，偏振发射系统Ⅱ2由沿着光的传播方向依次布置的激光器Ⅱ201、衰减片Ⅱ202、偏振片Ⅱ203和四分之一波片Ⅱ204，根据实验需要，激光器Ⅱ201可用于发射可见光或近红外光，衰减片Ⅱ202用来改变激光到达偏振接收系统Ⅱ5的光功率；通过调节偏振片Ⅱ203和四分之一波片Ⅱ204用来获得不同偏振态的偏振光。
所述偏振发射系统Ⅲ3位于环境模拟装置7上层有第六光学玻璃窗口706的一侧，且偏振发射系统Ⅲ3与第六光学玻璃窗口706正对，偏振发射系统Ⅲ3用于为水平方向环境模拟装置7的大气环境模拟层发射偏振光，偏振发射系统Ⅲ3由沿着光的传播方向依次布置的激光器Ⅲ301、衰减片Ⅲ302、偏振片Ⅲ303、液晶可变相位延迟器Ⅰ304和液晶可变相位延迟器Ⅱ305，激光器Ⅲ301可更换可见光、近红外波段，根据实验需要，发射可见光或近红外光；本发明利用双液晶可变相位延迟器调制偏振态相对于常规机械转动偏振调制器，偏振度调节精度可达到千分之一，具有可调范围大、无机械调整、动态连续可调等优点，可快速、精确、稳定的获得任意偏振态的偏振光。由于偏振发射系统Ⅲ3要获得复杂偏振态的偏振光，出于实验对调节速度及调节精度的需要，所以选择双液晶可变相位延迟器调节偏振态。衰减片Ⅲ302用来改变激光到达偏振接收系统Ⅲ6的光功率；通过调节偏振片Ⅲ303、液晶可变相位延迟器Ⅰ304和液晶可变相位延迟器Ⅱ305可获得任意偏振态的偏振光，其中液晶可变相位延迟器Ⅰ304和液晶可变相位延迟器Ⅱ305可根据波段选用Thorlabs公司LCC1413-A(350nm～700nm)、LCC1413-B(650nm～1050nm)和LCC1413-C(1050nm～1700nm)进行实验。
所述偏振接收系统Ⅰ4设置在环境模拟装置7上方，偏振接收系统Ⅰ4与第三光学玻璃窗口703正对，偏振接收系统Ⅰ4包括非偏振分光棱镜Ⅰ401、光功率计Ⅰ402和偏振态测量仪Ⅰ403，光功率计Ⅰ402设置在非偏振分光棱镜Ⅰ401的透射光路上，偏振态测量仪Ⅰ403设置在非偏振分光棱镜Ⅰ401的反射光路上；偏振接收系统Ⅰ4用来测量其接收到的穿过垂直方向环境模拟装置7两层环境的偏振光的偏振态以及光功率，并通过数据线连接到数据处理系统8中进行数据分析处理。
所述偏振接收系统Ⅱ5设置在环境模拟装置7的第五光学玻璃窗口705右方，偏振接收系统Ⅱ5包括非偏振分光棱镜Ⅱ501、光功率计Ⅱ502和偏振态测量仪Ⅱ503，光功率计Ⅱ502设置在非偏振分光棱镜Ⅱ501反射光路上，偏振态测量仪Ⅱ503设置在非偏振分光棱镜Ⅱ502的透射光路上，偏振接收系统Ⅱ5用来测量其接收到的穿过水平方向海雾模拟系统层的偏振光的偏振态以及光功率，并通过数据线连接到数据处理系统8进行数据等分析处理。
所述偏振接收系统Ⅲ6设置在环境模拟装置7的第六光学玻璃窗口706右方，偏振接收系统Ⅲ6包括非偏振分光棱镜Ⅲ601、光功率计Ⅲ602和偏振态测量仪Ⅲ603，光功率计Ⅲ602设置在非偏振分光棱镜Ⅲ601的反射光路上，偏振态测量仪Ⅲ603设置在非偏振分光棱镜Ⅲ601的透射光路上，偏振接收系统Ⅲ6用来测量其接收到的穿过水平方向大气模拟系统层的偏振光的偏振态以及光功率，并通过数据线连接到数据处理系统8进行数据分析处理。
所述环境模拟装置7为上下两层正方形不锈钢箱体，其上层顶部、中间分隔板和下层底部中央对应位置，开设有一个光学玻璃窗口，分别为第三光学玻璃窗口703、第二光学玻璃窗口702和第一光学玻璃窗口701，此路通道称为第一通道；环境模拟装置7的上层和下层左右侧壁对应位置各开设一个光学玻璃窗口，下层分别为第四光学玻璃窗口704和第五光学玻璃窗口705，此路通道称为第二通道；上层分别为第六光学玻璃窗口706和第六光学玻璃窗口707，此路通道称为第三通道。第一光束通过第一光学玻璃窗口701进入第一通道，从第三光学玻璃窗口703出射，进入偏振接收系统Ⅰ4的非偏振分光棱镜Ⅰ401；第二光束通过第四光学玻璃窗口704进入第二通道，从第五光学玻璃窗口705出射，进入偏振接收系统Ⅱ5的非偏振分光棱镜Ⅱ502；第三光束通过第六光学玻璃窗口706进入第二通道，从第七光学玻璃窗口707出射，进入偏振接收系统Ⅲ6的非偏振分光棱镜Ⅲ601。下层由海雾粒子发生器708充入海雾粒子，模拟海雾环境，上层由大气气溶胶发生器709充入气溶胶，模拟大气环境。
所述数据处理系统8用数据线与光功率计Ⅰ402、偏振态测量仪Ⅰ403、光功率计Ⅱ502、偏振态测量仪Ⅱ503、光功率计Ⅲ602和偏振态测量仪Ⅲ603进行连接，对其记录的光功率以及偏振态数据进行分析处理。
所述第一光学玻璃窗口701、第二光学玻璃窗口702、第三光学玻璃窗口703、第四光学玻璃窗口704、第五光学玻璃窗口705、第六光学玻璃窗口706和第七光学玻璃窗口707采用的光学玻璃的材质为K9玻璃，透光范围为330nm～2100nm。K9玻璃硬度高，不仅具有良好的抗激光损伤的特性，并且对可见光波段和近红外波段具有良好的透过率。
所述第四光学玻璃窗口704、第五光学玻璃窗口705、第六光学玻璃窗口706和第七光学玻璃窗口707具有防水框。防水框可防止侧壁水雾流到第四光学玻璃窗口704、第五光学玻璃窗口705、第六光学玻璃窗口706和第七光学玻璃窗口707上，并且防水框有一定深度，水雾沉降对其无影响，从而提高多层介质环境偏振传输特性实验的准确性，
结合图1，通过上述系统进行有无光学玻璃附着水雾影响的偏振传输实验过程包括如下步骤：
步骤一、前期准备：
①将偏振发射系统Ⅰ1、偏振发射系统Ⅱ2和偏振发射系统Ⅲ3分别与各自对应的偏振接收系统Ⅰ4、偏振接收系统Ⅱ5和偏振接收系统Ⅲ6放置在对应光束传输光路上，进行光路校准；
②根据实验需要将偏振发射系统Ⅰ1和偏振发射系统Ⅱ2配置为能够水平线偏振光、垂直线偏振光、+45度线偏振光、-45度线偏振光、左旋或右旋圆偏振光中的一种；
③将偏振发射系统Ⅲ3的偏振片Ⅲ303偏振方向设置为水平方向即0度、液晶可变相位延迟器Ⅰ304的快轴与水平方向夹角为45度、液晶可变相位延迟器Ⅱ305的快轴与水平方向夹角为0度，这样放置即可得到任意偏振态的偏振光，涉及公式为：
Figure BDA0003287740550000091
Figure BDA0003287740550000092
Figure BDA0003287740550000093
其中MP为偏振片Ⅲ303的Muller矩阵；MLCVR1为液晶可变相位延迟器Ⅰ304的Muller矩阵；MLCVR2为液晶可变相位延迟器Ⅱ305的Muller矩阵；θ为偏振片Ⅲ303偏振方向角度即0度；α为液晶可变相位延迟器Ⅰ304的快轴与水平方向夹角即45度；β为液晶可变相位延迟器Ⅱ305的快轴与水平方向的夹角即0度；δ1为液晶可变相位延迟器Ⅰ304的相位延迟；δ2为液晶可变相位延迟器Ⅱ305的相位延迟；
Figure BDA0003287740550000101
其中Sin＝[Iin Qin Uin Vin]、Sout＝[Iout Qout Uout Vout]T分别为入射光和出射光的斯托克斯矢量，Iin是入射光总光强、Qin是入射光水平与垂直线偏振光光强之差、Uin是入射光45度与135度线偏振光光强之差、Vin是入射光右旋与左旋圆偏振光光强之差；Iout是出射光总光强、Qout是出射光水平与垂直线偏振光光强之差、Uout是出射光45度与135度线偏振光光强之差、Vout出射光是右旋与左旋圆偏振光光强之差；
通过外置控制器调节电压进而控制液晶可变相位延迟器Ⅰ304的相位延迟δ1和液晶可变相位延迟器Ⅱ305的相位延迟δ2进行偏振调制，即可得到任意偏振态的偏振光；
通过第二偏振接收系统5得到水平方向通过环境模拟装置7下层海雾环境模拟层出射光的斯托克斯矢量Soutdown，通过上述公式：
Sout＝[Iout Qout Uout Vout]T＝MLCVR2·MLCVR1·MP·Sin
其中斯托克斯矢量Sin为与下层海雾环境模拟层相同的入射光斯托克斯矢量，经过双液晶可变相位延迟器调制，使Sout＝Soutdown，即可使上层大气环境模拟层入射光的偏振态等于下层海雾环境模拟层出射光的偏振态，从而进一步通过水平方向环境模拟装置上层大气环境模拟层一层的光学厚度等效垂直方向环境模拟装置两层的光学厚度，本发明的方法也适用于环境模拟装置分为n层，增加至n层可以此类推，使第n层入射光偏振态等于第n-1层出射光的偏振态，即Snout＝Sn-1outdown，从而使水平方向第n层一层的光学厚度等效其下方垂直方向总共n-1层的光学厚度；
步骤二、空箱开启激光器Ⅱ201，调节衰减片Ⅱ202、偏振片Ⅱ203和四分之一波片Ⅱ204，使得偏振发射系统Ⅱ2发射出水平线偏振光、垂直线偏振光、+45度线偏振光、-45度线偏振光、左旋或右旋圆偏振光中的一种。通过偏振接收系统Ⅱ5接收到的透空箱水平方向光功率和偏振态称为第一光功率和第一偏振态。开启下层海雾粒自发生器708进行充雾，在充雾整个过程中由内置风扇进行搅拌，使空气循环确，确保海雾浓度均匀，充雾直至光功率计Ⅱ502示数稳定不再变化，此刻偏振接收系统Ⅱ5接收到的透海雾环境水平方向光功率和偏振态称为第二光功率和第二偏振态；
步骤三、排空下层海雾环境层全部海雾，并擦干底部光学玻璃，使其变为空箱状态。开启激光器Ⅰ101，调节衰减片Ⅰ102、偏振片Ⅰ103和四分之一波片Ⅰ104，使光功率计Ⅰ402和偏振态测量仪Ⅰ403获得第一光功率和第一偏振态；开启激光器Ⅲ301，调节衰减片Ⅲ302，通过控制电压调节液晶可变相位延迟器Ⅰ304的相位延迟δ1和液晶可变相位延迟器Ⅱ305的相位延迟δ2进行偏振调制，使偏振接收系统Ⅲ6获得第二光功率和第二偏振态；
步骤四、同时开启海雾粒子发生器708和大气气溶胶发生器709，其充雾时间和充雾过程与步骤二完全一致，确保控制实验变量。在充雾与充气溶胶的整个过程中由内置风扇进行搅拌，使空气循环，确保海雾浓度均匀，充雾直至光功率计Ⅰ402示数稳定不再变化。称此刻偏振接收系统Ⅰ4接收到的透双层环境垂直方向光功率和偏振态为第三光功率和第三偏振态；称此刻第三偏振接收系统接收到的透大气环境水平方向光功率和偏振态为第四光功率和第四偏振态；
步骤五、通过数据处理系统8对比第三光功率、第三偏振态和第四光功率、第四偏振态即可获得光学玻璃附着水雾对实验结果的影响，第四光功率和第四偏振态即为抑制光学玻璃附着水雾影响的光功率和偏振态。也可通过间隔充雾进行不同时间光学玻璃附着水雾对偏振传输实验影响的测量，增加介质层数及种类进行更多层介质光学玻璃附着水雾的影响测量等都可沿用此方法，不再过多赘述。

Claims (3)

1.基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法，该方法应用的环境模拟装置(7)分为上、下两层，上层和下层的结构一致均为正方体，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一、前期准备：
①沿竖直方向，将偏振发射系统Ⅰ(1)和偏振接收系统Ⅰ(4)置于同一光束传输光路上，进行光路校准，使得偏振发射系统Ⅰ(1)出射的光依次经过环境模拟装置(7)的上下两层后射入偏振接收系统Ⅰ(4)，沿水平方向，将偏振发射系统Ⅱ(2)和偏振接收系统Ⅱ(5)置于同一光束传输光路上，进行光路校准，使得偏振发射系统Ⅱ(2)出射的光经过环境模拟装置(7)的下层后射入偏振接收系统Ⅱ(5)；沿水平方向，偏振发射系统Ⅲ(3)和偏振接收系统Ⅲ(6)置于同一光束传输光路上，进行光路校准，使得偏振发射系统Ⅲ(3)出射的光经过环境模拟装置(7)的上层后射入偏振接收系统Ⅲ(6)；
②根据实验需要，偏振发射系统Ⅰ(1)和偏振发射系统Ⅱ(2)配置为能够发射水平线偏振光、垂直线偏振光、+45度线偏振光、-45度线偏振光、左旋圆偏振光或右旋圆偏振光中的一种；
③偏振发射系统Ⅲ(3)配置为能够发射任意偏振态的偏振光；
步骤二、空箱开启偏振发射系统Ⅱ(2)，偏振发射系统Ⅱ(2)发射出水平线偏振光、垂直线偏振光、+45度线偏振光、-45度线偏振光、左旋圆偏振光或右旋圆偏振光中的一种；通过偏振接收系统Ⅱ(5)接收到的透空箱水平方向光功率和偏振态称为第一光功率和第一偏振态；向环境模拟装置(7)的下层充雾，直至偏振接收系统Ⅱ(5)中的光功率计Ⅱ(502)示数稳定不再变化，停止充雾，形成海雾环境模拟层，此刻偏振接收系统Ⅱ(5)接收到的透海雾环境水平方向光功率和偏振态称为第二光功率和第二偏振态；
步骤三、排空下层海雾环境模拟层全部海雾，并擦干设置在环境模拟装置(7)底部的光学玻璃窗口，环境模拟装置(7)变为空箱状态；调节偏振发射系统Ⅰ(1)，使得偏振接收系统Ⅰ(4)获得第一光功率和第一偏振态；调节偏振发射系统Ⅲ(3)，使偏振接收系统Ⅲ(6)获得第二光功率和第二偏振态；
步骤四、同时向环境模拟装置(7)的下层充雾和上层充大气气溶胶，分别形成海雾环境模拟层和大气环境模拟层，充雾时间和充雾过程与步骤二完全一致，充雾直至偏振接收系统Ⅰ(4)中的光功率计Ⅰ(402)示数稳定不再变化，称此刻偏振接收系统Ⅰ(4)接收到的透双层环境垂直方向光功率和偏振态为第三光功率和第三偏振态；称此刻第三偏振接收系统(6)接收到的透大气环境水平方向光功率和偏振态为第四光功率和第四偏振态；
步骤五、分别对比第三光功率和第四光功率、第三偏振态和第四偏振态，即可获得光学玻璃附着水雾对实验结果的影响，第四光功率和第四偏振态即为抑制光学玻璃附着水雾影响的光功率和偏振态。
2.根据权利要求1所述的基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法，其特征在于，所述偏振发射系统Ⅲ(3)由沿着光的传播方向依次设置的激光器Ⅲ(301)、衰减片Ⅲ(302)、偏振片Ⅲ(303)、液晶可变相位延迟器Ⅰ(304)和液晶可变相位延迟器Ⅱ(305)组成。
3.根据权利要求2所述的基于等效光学厚度的沉降水雾干扰抑制方法，其特征在于，步骤一中③，偏振发射系统Ⅲ(3)配置为能够发射任意偏振态的偏振光的过程如下：以水平方向为基准，将偏振发射系统Ⅲ(3)中的偏振片Ⅲ(303)偏振方向设置为水平方向即0度、液晶可变相位延迟器Ⅰ(304)的快轴与水平方向夹角为45度和液晶可变相位延迟器Ⅱ(305)的快轴与水平方向夹角为0度，则有：
Figure FDA0003287740540000021
Figure FDA0003287740540000022
Figure FDA0003287740540000031
其中MP为偏振片Ⅲ(303)的Muller矩阵；MLCVR1为液晶可变相位延迟器Ⅰ(304)的Muller矩阵；MLCVR2为液晶可变相位延迟器Ⅱ(305)的Muller矩阵；θ为偏振片Ⅲ(303)偏振方向角度即0度；α为液晶可变相位延迟器Ⅰ(304)的快轴与水平方向夹角即45度；β为液晶可变相位延迟器Ⅱ(305)的快轴与水平方向的夹角即0度；δ1为液晶可变相位延迟器Ⅰ(304)的相位延迟；δ2为液晶可变相位延迟器Ⅱ(305)的相位延迟；
偏振光水平方向通过环境模拟装置(7)上层大气环境模拟层前后的斯托克斯矢量关系式为：
Figure FDA0003287740540000032
其中Sin＝[Iin Qin Uin Vin]和Sout＝[Iout Qout Uout Vout]T分别为入射光和出射光的斯托克斯矢量，Iin是入射光总光强、Qin是入射光水平与垂直线偏振光光强之差、Uin是入射光45度与135度线偏振光光强之差、Vin是入射光右旋与左旋圆偏振光光强之差；Iout是出射光总光强、Qout是出射光水平与垂直线偏振光光强之差、Uout是出射光45度与135度线偏振光光强之差、Vout出射光是右旋与左旋圆偏振光光强之差；
通过外置控制器调节电压进而控制液晶可变相位延迟器Ⅰ(304)的相位延迟δ1和液晶可变相位延迟器Ⅱ(305)的相位延迟δ2进行偏振调制，即可得到任意偏振态的偏振光。
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