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强度调制是一种Stokes矢量元素谱获取新技术。其基本原理是:在光谱仪入射光路中加入由两块延迟器和一块偏振器构成的调制器,待测光在通过调制器时,其各个Stokes矢量元素谱被调制到由延迟器形成的不同频率的载波上。调制器输出光的强度谱,是各个已调制Stokes矢量元素谱的线性叠加。光谱仪只需一次测量,记录待测光经过调制器后的强度谱,即可经傅里叶变换、滤波、解调制等信号处理过程,获取待测光的全部Stokes矢量元素谱。强度调制技术通过牺牲偏振光谱分辨率,实现待测光四个Stokes矢量元素谱的同步获取。该技术在地球环境监测、农业遥感及伪装识别等遥感测量领域,具有其它Stokes矢量元素谱获取技术无法替代的优越性。但是,强度调制技术研究在国内刚刚起步,实现工程化应用,尚有以下几方面问题有待解决:(1)由于光学件的加工、装调误差,理论计算得到的解调系数,无法适用于实际系统测量结果的解调;(2)系统硬件参数间的匹配、优化设计方法尚未确立;(3)系统偏振度测量精度的标定和评估方法不够完善等。
围绕上述问题,本论文从原理和实验两方面,对强度调制技术进行了深入研究。首先,对强度调制系统实现待测光Stokes矢量元素谱调制、解调原理进行了完整的数学推导。在此基础上,分析了系统硬件设计参数间的制约关系,给出了相关参数间的匹配、优化设计方法及依据,并对上述分析过程,进行了计算机数值模拟实验验证。然后,以搭台方式,在实验室搭建了强度调制Stokes矢量元素谱获取实验装置,针对因光学件的加工和装调存在误差,理论计算得到的解调系数,无法适用于实验装置测量结果解调问题,引入了测量已知偏振态的光信号,获得实验装置解调系数的有效方法,给出了该方法的理论依据,并测量得到了实验装置的解调系数。设计并利用实验装置测量了多种具有代表性的偏振光源,对测量结果进行了解调处理,解调结果与理论结果间良好的一致性表明:原理实验装置的设计是合理的;测量已知偏振态的光信号,得到实验装置的解调系数是有效的;测量数据的处理流程是正确的。最后,通过检测可调偏振度源输出,对实验装置的偏振度测量精度进行了全面的验证和评估,并对强度调制系统,实现环境扰动稳定性自校准方法进行了初步的原理探讨。