一种光偏振反射特性模拟装置及其使用方法制造方法及图纸

一种光学偏振反射特性模拟装置及其使用方法，包括放置目标材料的载物台，放置目标材料的载物台的正上方设置有起偏偏振片，起偏偏振片的正上方设置有可调节角度的波长为λ的激光器，放置目标材料的载物台的右上方或者左上方设置有以目标材料为圆心的圆弧滑轨，圆弧滑轨上设置有可移动的探测器，目标材料的载物台与圆弧滑轨之间设置有偏检偏振片；使用时，将待测的目标材料放置在载物台上，开启波长为λ的激光器，调整入射角的后固定，在圆弧滑轨上移动探测器，记录下同一入射角不同反射角处目标材料的偏振反射特性数据；测量入射角0°‑80°范围，反射角‑80°‑80°范围内的光偏振双向反射分布函数值；本发明专利技术具有结构简单，测量误差小的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光偏振反射特性模拟装置及其使用方法
本专利技术涉及光学偏振模拟
，具体涉及一种光学偏振反射特性模拟装置及其使用方法。
技术介绍
近年来，光波的偏振参量具有区别于强度、光谱的独特信息已成为学术界的共识，偏振特性作为重要的地物目标信息，在提高目标背景对比度、穿透烟雾、获取材料特征信息等方面体现出独特的优势。西方军事强国自上世纪50年代以来就已经开展了目标偏振反射特性方面的研究，而我国在典型目标材料偏振反射特性研究方面起步较晚，特别是在典型目标材料偏振反射特性建模[OpticalEngineering34,1646-1650(1995),OpticalEngineering41,988-993(2002),OpticsExpress16,12892-12898(2008),OpticsExpress17,22138-22153(2009)]、偏振反射特性规律研究方面[OpticsLetters20,608-610(1995),AppliedOptics35,1855-1870(1996),]与发达国家存在较大差距。例如，目前研究目标材料偏振反射特性最广泛的模型就是美国海军实验室提出的Priest-Germer双向反射分布函数模型和美国空军实验室提出的Hyde双向反射分布函数模型函数模型，但这些模型均存在一定的缺陷，特别是在模拟漫反射部分时存在比较大的误差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种光学偏振反射特性模拟装置及其使用方法，大大降低了漫反射部分存在的误差，提高了模拟精度；操作简单便捷，通过调节探测器和光源的角度位置，便可得到大量数据,即入射角范围：0°-80°，反射角范围：-80°-80°。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种光学偏振反射特性模拟装置，包括放置目标材料的载物台3，载物台3的正上方设置有起偏偏振片2，起偏偏振片2的正上方设置有可调节角度的波长为λ的激光器1，载物台3的右上方或者左上方设置有以目标材料为圆心的圆弧滑轨5，圆弧滑轨5上设置有可移动的探测器6，载物台3与圆弧滑轨5之间设置有检偏偏振片4；所述的激光器1和探测器6与目标材料中心距离始终保持不变。进一步的，所述的圆弧滑轨5设置有刻度。一种光学偏振反射特性模拟装置的使用方法,其步骤为：步骤一：将待测的目标材料放置在载物台3上，开启波长为λ的激光器1，调整入射角的后固定，在圆弧滑轨5上移动探测器6，记录下同一入射角不同反射角处目标材料的偏振反射特性数据；调节波长为λ的激光器1角度，达到另一入射角度位置并固定，移动探测器6得到另一组同一入射角不同反射角处目标材料的偏振反射特性数据；测量入射角0°-80°范围，反射角-80°-80°范围内的光偏振双向反射分布函数值；步骤二：根据步骤一中得到的光偏振双向反射分布函数值，通过经典的菲涅尔方程计算得到单次反射部分，即目标材料的表面是由很多高低起伏的表面微元组成，每一个小微元可以看作一个小镜面，所以每一个微面元满足Snell反射定律，所有小微面元都是随机分布的，并且微面元斜率的概率统计分布服从高斯分布函数，入射光照射到不规则的表面上，在每一个小微面元都会发生镜面反射，单次反射部分的表达式fs通过微面元理论推导得到：θ和分别代表天顶角和方位角；α为宏观面法线方向与微面元法线方向之间的夹角；σ为材料表面粗糙度，M为穆勒矩阵，G为几何衰减因子，F为菲涅尔反射率；根据步骤一中得到的光偏振双向反射分布函数值，通过函数：确定多次反射光部分对于不同种类的材料参数m和σm取值不同，根据MATLAB软件拟合得到；体散射光由于满足朗伯定律，其双向反射分布函数表达式为：fv＝1通过三个部分组合之和，即获得目标材料的偏振反射特性规律。所述的多次反射部分的反射角与入射微面元的倾斜角根据微面元理论，微面元分布服从中间高两端低的分布趋势相关联，多次反射部分也应该服从特定的分布，通过定性分析来验证。所述的多次反射部分发生在具有大倾斜角的微面元上，由于阴影效应，反射角小，多次反射更多的集中在小反射角处即近表面法线方向。所述的多次反射部分空间分布是不均匀的，根据不同种类的目标材料的测量数据来选择函数模拟多次反射部分，通过定性分析来验证。所述的体散射部分由入射光进入材料下表面与材料内部粒子发生多次相互作用后，由上表面透射出来形成，入射光子与大量的材料内部粒子发生相互碰撞，每一次相互作用都会使入射光的方向和偏振态发生改变，体散射部分的偏振态也是随机分布的，相互碰撞后光子沿每一个方向移动是等概率的，体散射光沿每一个方向都有相同的强度，即体散射部分在整个半球空间是均匀分布的。本专利技术的有益效果：1)本专利技术将光与物质相互作用的反射过程细化为三个部分，单次反射部分、多次反射部分和体散射部分能够更加精确细致的描述光偏振反射特性。2)本专利技术结构简单，仅需通过调节波长为λ的激光器1和在圆弧滑轨5上移动探测器6即可得到入射角0°-80°范围，反射角-80°-80°范围内的光偏振反射特性数据。3)本专利技术实时性高，仅需激光照射就可实时得到物体的偏振反射特性数据。附图说明图1是本专利技术光偏振反射特性模拟装置的原理图。图2是本专利技术多次反射分布情况定性分析。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。参照图1所示，一种光学偏振反射特性模拟装置，包括放置目标材料的载物台3，载物台3的正上方设置有起偏偏振片2，起偏偏振片2的正上方设置有可调节角度的波长为λ的激光器1，载物台3的右上方或者左上方设置有以目标材料为圆心的圆弧滑轨5，圆弧滑轨5上设置有可移动的探测器6，载物台3与圆弧滑轨5之间设置有检偏偏振片4；所述的波长为λ的激光器1和探测器6与目标材料中心距离始终保持不变。一种光学偏振反射特性模拟装置的使用方法,其步骤为：步骤一：将待测的目标材料放置在载物台3上，开启波长为λ的激光器1，调整入射角的后固定，在圆弧滑轨5上移动探测器6，记录下同一入射角不同反射角处目标材料的偏振反射特性数据；调节波长为λ的激光器1角度，达到另一入射角度位置并固定，移动探测器6得到另一组同一入射角不同反射角处目标材料的偏振反射特性数据；测量入射角0°-80°范围，反射角-80°-80°范围内的光偏振双向反射分布函数值；步骤二：根据步骤一中得到的光偏振双向反射分布函数值，通过经典的菲涅尔方程计算得到单次反射部分，即目标材料的表面是由很多高低起伏的表面微元组成，每一个小微元可以看作一个小镜面，所以每一个微面元满足Snell反射定律，所有小微面元都是随机分布的，并且微面元斜率的概率统计分布服从高斯分布函数，入射光照射到不规则的表面上，在每一个小微面元都会发生镜面反射，单次反射部分的表达式fs通过微面元理论推导得到：θ和分别代表天顶角和方位角；α为宏观面法线方向与微面元法线方向之间的夹角；σ为材料表面粗糙度，M为穆勒矩阵，G为几何衰减因子，F为菲涅尔反射率；根据步骤一中得到的光偏振双向反射分布函数值，通过函数：确定多次反射光部分对于不同种类的材料参数m和σm取值不同，根据MATLAB软件拟合得到；体散射光由于满足朗伯定律，其双向反射分布函数表达式为：fv＝1通过三个部分组合之和，即获得目标材料的偏振反射特性规律。所述的多次反射部分的反射角与入射微面元的倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学偏振反射特性模拟装置，包括放置目标材料的载物台(3)，其特征在于，载物台(3)的正上方设置有起偏偏振片(2)，起偏偏振片(2)的正上方设置有可调节角度的波长为λ的激光器(1)，载物台(3)的右上方或者左上方设置有以目标材料为圆心的圆弧滑轨(5)，圆弧滑轨(5)上设置有可移动的探测器(6)，载物台(3)与圆弧滑轨(5)之间设置有检偏偏振片(4)；所述的激光器(1)和探测器(6)与目标材料中心距离始终保持不变。

【技术特征摘要】
1.一种光学偏振反射特性模拟装置，包括放置目标材料的载物台(3)，其特征在于，载物台(3)的正上方设置有起偏偏振片(2)，起偏偏振片(2)的正上方设置有可调节角度的波长为λ的激光器(1)，载物台(3)的右上方或者左上方设置有以目标材料为圆心的圆弧滑轨(5)，圆弧滑轨(5)上设置有可移动的探测器(6)，载物台(3)与圆弧滑轨(5)之间设置有检偏偏振片(4)；所述的激光器(1)和探测器(6)与目标材料中心距离始终保持不变。2.根据权利要求1所述的一种光学偏振反射特性模拟装置，其特征自语，所述的圆弧滑轨(5)设置有刻度。3.一种光学偏振反射特性模拟装置的使用方法,其特征在于，其步骤为：步骤一：将待测的目标材料放置在载物台(3)上，开启波长为λ的激光器1，调整入射角的后固定，在圆弧滑轨(5)上移动探测器(6)，记录下同一入射角不同反射角处目标材料的偏振反射特性数据；调节波长为λ的激光器1角度，达到另一入射角度位置并固定，移动探测器(6)得到另一组同一入射角不同反射角处目标材料的偏振反射特性数据；测量入射角0°-80°范围，反射角-80°-80°范围内的光偏振双向反射分布函数值；步骤二：根据步骤一中得到的光偏振双向反射分布函数值，通过经典的菲涅尔方程计算得到单次反射部分，即目标材料的表面是由很多高低起伏的表面微元组成，每一个小微元可以看作一个小镜面，所以每一个微面元满足Snell反射定律，所有小微面元都是随机分布的，并且微面元斜率的概率统计分布服从高斯分布函数，入射光照射到不规则的表面上，在每一个小微面元都会发生镜面反射，单次反射部分的表达式fs通过微面元理论推导得到：θ和分别代表天顶角和方位角；α为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，李拓，李如松，赵佳星，勾蒙蒙，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61