仿生偏振光导航方法(高隽,范之国著)思维导图
基于瑞利散射的大气偏振模式Stokes矢量建模仿真
基于瑞利散射的大气偏振模式Stokes矢量建模仿真王子谦;范之国;张旭东;王昕【摘要】瑞利散射模型是一种经典的大气偏振模式表征模型,在实际中得到了广泛的应用,但不能通过Stokes矢量描述大气偏振模式的分布特性.基于瑞利单次散射原理,对经典的瑞利模型进行推广,建立一种理想条件下的大气偏振模式Stokes矢量仿真模型.该模型能够对理想条件下大气偏振模式Stokes矢量的分布变化进行建模仿真,利用Stokes矢量可以完备地表征大气光偏振态分布情况,并描述出不同类型偏振光的具体分布特性.通过仿真发现,大气偏振模式的Stokes矢量具有“十”字形的分布形态,整体分布始终保持相对于太阳子午线对称特性,随着太阳高度角的升高各矢量分量逐渐减弱.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2015(032)007【总页数】4页(P47-50)【关键词】计算机仿真;大气偏振模式;瑞利散射;Stokes矢量;矢量辐射【作者】王子谦;范之国;张旭东;王昕【作者单位】合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000;合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000;合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000;合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000【正文语种】中文【中图分类】TP390 引言太阳光进入大气层后，受到大气粒子的影响，在天空中形成具有特殊分布特性的偏振模式，称为大气偏振模式［1，2］。
大气偏振模式是地球的自然特征属性之一，通常可通过偏振度、偏振角等不同的物理特性进行描述［3］。
这些不同物理特性描述方法可以反应大气偏振模式中包含的不同信息特征。
因此，通过解析这些大气偏振模式的物理描述，可以获得丰富的特性信息，对偏振光导航、大气环境监测，以及遥感探测等应用研究具有重要意义［4-7］。
目前，大气偏振模式的建模仿真及物理描述方法的研究已经得到了国内外越来越多学者和科研机构的重视。
在大气偏振模式的研究中，人们已经建立了多种不同的大气偏振模式仿真和描述方法，包括瑞利散射模型、Berry 散射模型、Hannay 散射模型、Monte Carlo 散射模型等［8-12］。
光学第5章光的偏振4PPT课件
• 光的偏振概述 • 偏振光的基本性质 • 偏振光实验与观察 • 偏振光在生活中的应用 • 偏振光的未来发展与展望
01
光的偏振概述
光的偏振定义
自然光
没有偏振，光波的电矢量和磁矢 量在各个方向上的振动都相同。
完全偏振光
光波的电矢量和磁矢量只在某一 特定方向上振动。
偏振光在显示技术中的应用
液晶显示（LCD）
LCD显示器利用偏振光原理，通过控 制光线偏振状态来控制像素的亮暗， 实现图像显示。
3D电影技术
3D电影通过交替显示左右眼视角的偏 振光，让观众佩戴偏振眼镜来获得立 体视觉效果。
偏振光在光学仪器中的应用
偏振干涉仪
利用偏振光的干涉现象，可以测量光学元件的折射率、光学厚度等参数，广泛应用于光学计量和测试领域。
偏振光的应用
01
02
03
光学成像
利用偏振光可以消除或减 少某些散射光的干扰，提 高成像质量。
光学通信
在光纤通信中，利用偏振 光可以实现更高的信息传 输速率和更低的误码率。
光学传感
偏振光可以用于检测物质 的结构和性质，例如生物01
偏振光在光学和物理学中具有重 要的理论和应用价值。
偏振分束器
偏振分束器可以将入射的非偏振光分成两束振动方向相互垂直的偏振光，是光学实验和光学系统中的重要元件。
05
偏振光的未来发展与展望
偏振光在新型光学器件中的应用
偏振光在新型光学器件中具有广泛的应用前景，如光学晶体、光学纤维、 光子晶体等。这些新型光学器件利用偏振光的特性，可以实现高效的光 束控制、光信息处理和光通信等功能。
提供生物组织的结构和功能信息，有助于疾病的早期发现和治疗。 • 在地球科学领域，偏振光可以用于大气和海洋环境的监测和研究，如气溶胶、云雾和海洋表面等。这些研究有
光学(第六章--偏振)2PPT课件
一种人造偏振片原理是，将聚氯乙烯薄膜沿一个方向拉伸，然后在 碘的溶液中浸泡，干燥后就可以成为偏振片。
光 轴
偏振片中可以透过电矢量的方向称做偏振片的光轴。
光
学
第六章 偏 振
第一节 光的五种偏振态
3．五种偏振光入射到偏振片后出射光情况
线偏振光：设入射光的振动方程为 EAcost
对于部分偏振光，定义偏振度的概念：
P IMAX IMIN IMAX IMIN
自然光：当自然光入射到偏振片上时，随着偏振片旋转，出射光的光强 不发生变化，与圆偏振光相似。
可以证明，出射光强是入射光强的一半：
I
1 2
I0
光
学
第六章 偏 振 第二节 光在电介质表面折射和反射
本节要讨论的问题是 ➢ 光在电介质表面折射和反射的电磁学本质 ➢ 光在电介质表面折射和反射时能量的传递 ➢ 光在电介质表面折射和反射时偏振的变化 ➢ 光在电介质表面折射和反射时位相的变化
光
学
第六章 偏 振 第二节 光在电介质表面折射和反射
1. 菲涅耳反射、折射公式
设一光波从折射率为n1的介质入射
到折射率为n2的介质，考察光波经界 面反射、折射后，光波的的电磁矢量在
P1
P1’
界面处的比例。
因为光波是横波，所以光波的电磁
n1
矢量垂直于传播方向，处在与光波垂
直的平面P内。
o
在P平面内的电矢量总可以分解
入射光强为 I A2 I0
设偏振方向与偏振片光轴方向夹角为
，则出射的偏振光振动方程为
E A c o sc o st
偏振方向与偏振片光轴一致
光轴方向
大学物理下光的偏振PPT课件
反射和折射
当光线从一个介质传播到另一个介质时，在分界面上反
射和折射的光线通常是部分偏振的。这是因为在分界面
上，电矢量的振动方向受到限制，只有某些方向上的振
动能够通过。
双折射
在某些晶体中，光线传播时会分成两束不同速度的光，
这两束光的振动方向互相垂直。这种现象称为双折射，
它是产生偏振光的另一种方式。
偏振光在日常生活中的应用
03
利用法布里-珀罗干涉仪产生的多光束干涉现象，根据透射光强
随角度或波长的变化曲线，可求得光波长。
实验数据处理与结果分析
数据处理
结果分析
注意事项
记录实验数据，包括干涉条纹间
距、角度、双缝间距、缝宽等，
并进行计算处理。
将实验数据与理论值进行比较，
分析误差来源，如光源单色性、
双缝间距和缝宽的准确性、测量
01
圆偏振光概念
光矢量端点在垂直于传播方向的平面上描绘出圆形轨迹，称为圆偏振光。
02
椭圆偏振光概念
光矢量端点在垂直于传播方向的平面上描绘出椭圆形轨迹，称为椭圆偏
振光。
03
产生条件
当两个频率相同、振动方向互相垂直的线性偏振光振幅相等，相位差为
π/2时，可产生圆偏振光；若振幅不相等或相位差不为π/2，则产生椭
旋光度、分析物质的成分等。
光子晶体器件
利用光子晶体对光的调控作用制成的器件，具有体积小、重量轻、
易于集成等优点，被广泛应用于光通信、光计算等领域。
THANKS
感谢观看
产生方式
通过反射、折射、双折射和选择性吸收等方法可
以获得线性偏振光。
马吕斯定律及其物理意义
马吕斯定律
强度为I0的线偏振光，透过检偏器后，透射光的强度（不考虑吸收）为：I=I0cos2。其中为
光偏振 第二十章 光波的偏振.ppt
椭圆偏 部分偏
例：两偏振片P1，P2平行放置，透光轴成60°角。 (1)自然光垂直入射时，透射光与入射光光强比为多少？
(2) 在P1，P2之间平行插入P3，其透光轴与P1、P2均成 30°角，透射光与入射光光强比又为多少？
解：(1)透过P1后
I1
1 2 I0
I0
I
再过P2后透射光光强
I2
I1 cos2
· · · ·· ····
平行板面的光振动较强 垂直板面的光振动较强
4. 圆偏振光、 椭圆偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
右旋圆 偏振光
···
z
右旋椭圆
/2
偏振光
某时刻左旋圆偏振光
···
随 z的变化
3
注：
右旋圆 偏振光
圆偏振光的分解
右旋椭圆
偏振光
部分偏振光的分解
圆偏振光、椭圆偏振光可分解为两束振动方向
出射的是两束传播方向相同、振 动方向相互垂直、频率相等、相 位差为p/2的线偏振光，它们合 成为一束椭圆偏振光。
振幅关系：
Ao Asin Ae Acos
Ae
A
Ao
显然：若Ao=Ae，则为圆偏振光 21
Ae
A
λ
Ao
线偏振光
4
讨论：
光轴 P
振幅关系： Ae A
Ao Asin Ae Acos
2. 自然光 自然光可分解为两振动
光振动平行板面
2
Ex Ey
方向相互垂直的、等幅 的、不相干的线偏振光。
没有优势方向
自然光的表示法： · · ·
天空偏振模式对仿生偏振光定向的影响及实验
天空偏振模式对仿生偏振光定向的影响及实验范晨;胡小平;何晓峰;练军想;王玉杰【摘要】针对工程应用中仿生偏振光罗盘易受天气和太阳位置等因素的影响,存在定向精度低、稳定性差等问题,研究了天空偏振模式对偏振光定向的影响机理.建立了含有偏振模型误差的偏振光定向模型,推导了仿生偏振光罗盘的航向角解算方法;然后系统分析了模型误差对偏振光定向精度的影响机理,指出了载体水平角和太阳高度角是决定模型误差影响程度的主要因素;最后设计了静态实验与跑车测试,评估了不同水平角和太阳高度角时,模型误差对偏振光定向精度的影响.结果表明:当太阳高度角hs＜40°时,偏振光定向误差为0.729°;当40°＜hs＜75°时,误差为3.764°;精度明显降低.另外,载体水平角越大,模型误差角对定向精度的影响程度也越显著;载体水平时,定向误差为0.323°,而倾斜后误差增大为1.352°.文中对仿生偏振光定向的影响机理分析为补偿偏振模型误差,实现高精度偏振光定向提供了理论依据.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)009【总页数】9页(P2429-2437)【关键词】偏振光导航;天空偏振模型;偏振光定向;定向算法;航向角误差【作者】范晨;胡小平;何晓峰;练军想;王玉杰【作者单位】国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073【正文语种】中文【中图分类】V249.32;O436.31 引言太阳光经过大气层能够产生稳定的偏振模式［1］，自然界的部分昆虫和候鸟就是利用复眼检测天空偏振光分布来实现自主导航的［2－3］。
准确描述天空偏振模式是仿生偏振光导航研究的基础［4］。
第十三章 光偏振-PPT课件
解 设两束单色自然光的强度分别为 I10 和 I 20 .
经过起偏器后光强分别为 I 10 和 I 20 22
.
经过检偏器后 I1I210co2s30
I2
I20co2s60 2
I1I2 II1 20 0c co o2 23 6ss0 01 3
三、布儒斯特定律
ii
n1
空气
n2
c ── 溶液的浓度
“量糖计”
旋光现象
三、旋光物质的分类
1、右旋物质：面对着光源观察，使光振动面的旋转 为顺时针的旋光物质。（如葡萄糖）
2、左旋物质：面对着光源观察，使光振动面的旋转 为逆时针的旋光物质。（如果糖）
谢谢！
第三节、光的偏振
E
B
①E、B都垂直于传播方向x(是横波)，且互相垂直，
②电磁波在真空中以光速传播。 1、光矢量
引起感光作用和生理作用的主要是E矢量，常用E代表光 波的振动方向，把E矢量称为光矢量。
光的波动性 光波是横波
机械横波与纵波的区别
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
机 械 波 穿 过 狭 缝
i0
四、光的双折射
一 双折射的寻常光和非寻常光
折射定律
i
双折射现象
方解石晶体
n
玻璃
sin i n 恒量
sin
波 动动光光学学
光通过双折射晶体
寻常光线（o光）(ordinary rays)
服从折射定律的光线 非常光线（e光）(extraordinray rays)
不服从折射定律的光线 （一般情况，非常光线不在入射面内）
偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片。
偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只 让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的 偏振化方向。
第十八章 光的偏振_PPT课件
⒈寻常光和非常光
光线进入晶体后，分成两束 ，其中一束遵守折射定律， 称为寻常光线（o光），另一 束不遵守折射定律，称为非 常光线（e光）。
求求是是
方解石的双折射现象
13
⒉晶体的光轴与主平面
普通物理教案
晶体中存在一个方向，光沿该方向传播时，不 产生双折射现象，称该方向为晶体的光轴。
方解石中有两个顶点A、D， 其棱边之间的夹角各为1020 ，从A或D引出一直线，与晶 体各邻边等角，此直线便是 光轴，与光轴平行的直线都 是光轴，晶体中仅有一个光 轴的称单轴晶体，有两轴的 称双轴晶体。
普通物理教案
一个偏振光垂直入射晶片后将分为o光和e光，从
光轴 A
1020 1020 1020
780 780 1020
D 晶体的光轴
14
普通物理教案
已知光线与光轴组成的平面称为 主平面。O光的振动垂直它的主平面，e光的振 动平行它的主平面。
当光轴位于入射面内时，o光和e光的主平面 重合。
A i 斜入射 B
垂直入射
oe D
C
oe
寻常光和非常光
15
二、双折射现象的解释
此时，反射光线成为完全偏振光，折射光线成 为部分偏振光。
11
布儒斯特定律的应用：
玻璃堆效应：
iB
普通物理教案 反射光
激光器中的布儒斯特窗
布儒斯特窗 iB
折射光 布儒斯特窗
12
§18-4 光的双折射现象
普通物理教案
一、双折射现象
一束光线进入方解石晶体后，分裂成两束光线， 它们沿不同方向折射，这种现象称为双折射。
二、自然光 部分偏振光
普通物理教案
振动面在空间各个方向高速随机变化的光称为 自然光。
光的偏振ppt课件
ppt课件.
3
课前自主学案
一、光的衍射 1．产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺 寸比波长小或跟波长差不多． 2．几种不同的衍射现象 (1)单缝衍射 ①现象 用平行单色光照射狭缝，当狭缝较_宽___时，在屏 上产生一条宽度与狭缝相当的亮线．
ppt课件.
4
当狭缝调至足够窄____时，屏上出 现的亮线尽管亮度变暗，但宽度反
元件．
2．衍射图样的特点：与单缝衍射
ppt课件.
8
三、光的偏振 1．光的干涉和衍射现象波说动明性光具 有________，光横的波偏振现象说明 光是______． 2．偏振片：由特定的材透振料方制向成， 每个偏振片都有一个特定的方向， 只有沿这个方向振动的光波才能通 过偏振片，这个方向叫做 _________，ppt偏课件. 振片对光波的作用9
时，通过Q的光强最大；当Q与P的
透振方向垂直时通过Q的光强最小、
ppt课件.
35
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的衍射图样的大小和位置不同，波
长越大，中央圆形亮斑的直径越
大．
(4)白光的圆孔衍射图样中，中央
是大且亮的白色光斑，周围是彩色
同心圆环．
(5)圆孔越小，中央亮斑的直径越
大，同时亮度ppt课件越. 弱．
14
3．不透明小圆板的衍射图样
(1)泊松亮斑图样中的亮环或暗环
间距随半径增大而减小，如图13
－5－1所示．
3．光的分类
(1)自然光：太阳、电灯等普通光
源发出的光，包含着在垂直强于度 传播
方向上沿一切方向振动着的光，而
且沿着各个方向振动的光波的
______都相同． 一致
第13次课-光的偏振
第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块
和第一块的偏振化方向相互平行，然后第
二块偏振片以恒定的角速度 w 绕光传播的
方向旋转，设入射自然光的光强为 I0。试 证明：此自然光通过这一系统后，出射光
的光强为 I I 0 (1 cos 4wt ) /16
I0
w
I
自然光
P1
P2
P3
I0
I1 w
I2
I
自然光
立体电影
例1.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直 入射其上时没有光线透过。当其中一偏振 片慢慢转动180 时透射光强度发生的变化 为:
（A）光强单调增加；
（B）光强先增加，后又减小至零；
（C）光强先增加，后减小，再增加；
（D）光强先增加，然后减小，再增加再 减小至零。
[B]
例2.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与
A
I A 2， I1 A12，
I2
A
2 2
I2
A
2 2
I 1 A12
A12 cos 2
A12
cos2
马吕斯定律
I2
I1
cos2
1 2
I0
cos2
I0
I1
I2
P1
P2
马吕斯定律 讨论：
I2
I1
cos2
1 2
I0
cos2
1.当 0或 时，
2.当 或 3 时，
2
2
I2 I1 I2 0
1.光程
n
L niri i 1
2.光程差
L2 L1
3.相干光条件 两束光
•频率相同； •方向一致； •有恒定的相位差；