[發(fā)明專利]高精度偏振二向反射自動測量儀

有效

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• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104266968B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 金偉東;張昊
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/19
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 許美紅

技術領域

本發(fā)明涉及定量遙感，計算機圖形學領域，特別涉及能測量材料高精度偏振二向反射自動測量儀。

背景技術

雙向反射分布函數(shù)(Bidirectional Reflected Distribution Function，后面簡稱BRDF)，用來描述材料表面上半球空間的光反射特性，主要包括光譜反射特性和角度特性。

該函數(shù)定義為某一反射方向上的輻射亮度與入射到材料表面的輻射照度的比值，其表達式為公式(1)：

其中dE_i(θ_i,φ_i；λ)為光源沿著(θ_i,φ_i)入射方向輻射到物體表面的輻照度，單位為W/m²；dL_r(θ_i,φ_i；θ_r,φ_r；λ)為(θ_r,φ_r)反射方向上物體表面反射的輻亮度，單位為W/(m²*sr),λ為單色光波長；f_r(θ_i,φ_i；θ_r,φ_r；λ)即為BRDF，單位為sr^-1。

主平面，即入射光與反射光構成的平面。

線偏振度(DOLP)，圓偏振比(μ_c)，線偏振比(μ//和μ⊥)定義如下：

在公式(1)-(4)中，“C”代表圓偏振光，“O”和“S”分別代表相反和相同的旋向。“P”和“S”代表與散射平面平行和垂直的電場方向。例如I_PS代表散射光沿著S方向偏振，入射光沿著“P”方向偏振。

現(xiàn)有的BRDF測量裝置一般只能測量強度信息，幾乎沒有涉及偏振測量，因為偏振測量包含許多復雜的設計環(huán)節(jié)。

熱點效應，很多密堆積顆粒表面的BRDF表現(xiàn)出很強的背散射增強效應，即當相角(入射光和散射光之間的夾角)趨向于零時(即順著入射光線方向觀測)，BRDF有很大的增強，俗稱“熱點效應”(Hot spot或者Opposition Effect)。而伴隨著背散射增強的出現(xiàn)，線性偏振度(DOP)往往會出現(xiàn)負值，即所謂的負偏振效應(Negative Polarization Effect,NPE)。對于熱點效應精細結構的探測，需要很高的角分辨率，也就是需要探測器離開樣品非常遠，長度增加會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，需要在設計中小心考慮。本發(fā)明的設計探測距離是2000mm，目前還未發(fā)現(xiàn)長度與之類似的發(fā)明。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種新型偏振二向反射自動測量裝置，能夠自動對于主平面內反射光強度和偏振信息進行測量，并保證很高的精度。

實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術方案是：

提供一種高精度偏振二向反射自動測量儀，包括激光器、光纖耦合器和自動調節(jié)收發(fā)器，激光器和光纖耦合器之間放置斬波器；

該自動調節(jié)收發(fā)器包括伺服電機、同軸的發(fā)射臂和接收臂，發(fā)射臂和接收臂上均安裝有數(shù)字角度計，數(shù)字角度計與上位機連接；伺服電機控制接收臂在主平面的轉動，光纖耦合器通過光纖與發(fā)射臂上的發(fā)射套筒連接，發(fā)射套筒中的光照射到樣品臺的樣品上；接收臂上安裝有接收套筒，該接收套筒內設有光信號采集模塊，用于采集樣品反射的光信號，采集的光信號被輸入到第一鎖相放大器；信號經第一鎖相放大器處理后，將處理結果輸入上位機，上位機再對信號進行處理并顯示處理結果。

本發(fā)明所述的高精度偏振二向反射自動測量儀中，樣品的表面上方還設有監(jiān)視器，該監(jiān)視器輸出的信號被輸入到第二鎖相放大器，信號經第二鎖相放大器處理后，將處理結果輸入上位機，上位機對兩個鎖相放大器的信號進行處理，扣除背景噪聲。

本發(fā)明所述的高精度偏振二向反射自動測量儀中，所述光信號采集模塊為光電二極管。

本發(fā)明所述的高精度偏振二向反射自動測量儀中，所述接收套筒內設有陷波濾波器、1/4玻片、線偏振片、透鏡和光闌和光電二極管，陷波濾波器透過特定波長的激光信號，通過旋轉1/4玻片和線偏振片處于不同的相對角度，來探測不同的偏振信號，光信號經過透鏡聚焦，打到光電二極管上，光電二極管將光信號轉換為電信號輸出到第一鎖相放大器。