一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)及探測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)及探測方法，可實現(xiàn)目標的高精度光譜偏振參數(shù)探測。利用波片、光劈調(diào)制器和線偏振片將偏振信息調(diào)制在與光譜色散方向相垂直的空間方向上，準直鏡頭將來自狹縫的光進行準直照射到光柵上，光柵對入射光進行分光，成像鏡頭將光譜偏振信息成像在面陣探測器上，其“空間維”用于偏振測量，“光譜維”用于光譜測量。本發(fā)明實現(xiàn)偏振信息獲取與光譜信息獲取相互獨立，使得光譜測量和偏振測量同時優(yōu)化。本發(fā)明解決了【背景技術(shù)】中光譜強度調(diào)制方法中偏振信息獲取對光譜分辨率的依賴。
【專利說明】一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)及探測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜偏振探測領(lǐng)域，具體是一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系 統(tǒng)及探測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光譜偏振探測可以獲得目標偏振信息在光譜上的分布，目前在多個領(lǐng)域都有著廣 泛的應(yīng)用，如植被、土壤、水體遙感，生物及醫(yī)學(xué)診斷，天文觀測等等。
[0003] 依據(jù)不同的應(yīng)用目標，光譜偏振測量系統(tǒng)可以分為以下幾種類型：
[0004] 時序調(diào)制方法。在單路光束中通過旋轉(zhuǎn)偏振片，或者旋轉(zhuǎn)二分之一波片（后置固 定的偏振片），或者采用可調(diào)延遲器器件來測量四個Stokes參量。
[0005] 空間調(diào)制方法。采用分振幅或者是分孔徑的方式，將入射光按分成至少四路，進而 進行偏振解析探測獲取四個Stokes參量。
[0006] 在時序調(diào)制和空間調(diào)制方法中，光譜信息的獲取都是通道式，無法獲取連續(xù)光譜 偏振信息，光譜信息相對單一，同時兩種方法中四路光強的測量相互獨立，系統(tǒng)差分效應(yīng)非 常敏感，在測量過程中會產(chǎn)生偽偏振信號，偏振測量精度低。
[0007] 光譜強度調(diào)制方法。利用不同厚度的延遲器將測量的偏振信號調(diào)制成波長的函 數(shù)，通過單次光譜強度測量即可以獲取全部的偏振信息，對差分效應(yīng)不敏感，可實現(xiàn)連續(xù)光 譜測量其偏振測量精度高。但光譜強度調(diào)制方法中偏振信息解調(diào)以犧牲原有光譜儀的光譜 分辨率為代價，因此偏振信息的光譜信息會損耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)及探測方法，通 過單次光譜強度測量既可獲取探測目標的光譜偏振信息，采用新型的空間振幅偏振調(diào)制方 法，解決現(xiàn)有技術(shù)中光譜強度調(diào)制方法中，偏振信息探測對于光譜信息的依賴，實現(xiàn)二者探 測的相互獨立，同時獲取高精度偏振信息同時還具備比較高的光譜分辨率。
[0009] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0010] 一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于：包括依次共中心軸設(shè) 置的波片、光劈調(diào)制器、線偏振片、準直鏡頭、光柵、成像鏡頭、面陣探測器，波片、光劈調(diào)制 器、線偏振片構(gòu)成偏振信息調(diào)制模塊，且波片與光劈調(diào)制器之間設(shè)置有狹縫；入射光束經(jīng)過 波片預(yù)調(diào)制后通過狹縫，再依次經(jīng)過光劈調(diào)制器、線偏振片進行偏振信息調(diào)制后入射至準 直鏡頭，準直鏡頭將入射光準直形成平行光后出射至光柵，光柵對入射的平行光進行分光， 將入射的復(fù)色平行光離散成一定帶寬的單色光，單色光經(jīng)成像鏡頭成像至面陣探測器，由 面陣探測器探測載有光譜偏振信息的圖像。
[0011] 所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于：所述波片為四 分之一波長消色差波片。
[0012] 所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于：所述光劈調(diào)制 器材料為雙折射晶體材料，優(yōu)選石英晶體。
[0013] 所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于：所述光劈調(diào)制 器的快軸方位與狹縫長度方向夾角理論上可以成任意角度，為了三角函數(shù)計算方便，一般 情況下設(shè)置成45°和-45°。
[0014] 所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于：光劈調(diào)制器的 結(jié)構(gòu)形式可是為：快軸方位角相差90°，劈角相同但延遲量梯度方向相反的兩塊調(diào)制器膠 合后形成的復(fù)合光劈調(diào)制器。
[0015] 所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于：線偏振片的快 軸方向與狹縫成90°。
[0016] -種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測方法，其特征在于：目標的入射光經(jīng)過波 片、狹縫、光劈調(diào)制器和偏振片，在進入準直鏡頭前實現(xiàn)偏振信息的調(diào)制，由于光劈調(diào)制器 的調(diào)制方向與狹縫長度方向垂直，因此偏振信息的調(diào)制方向與色散方向相互垂直；
[0017] 入射光的偏振斯托克斯參量Ssi= (IiQiUiViK，各偏振器件的米勒矩陣按光 路順序分別為波片：M,、光劈調(diào)制器:MW、偏振片：MP，調(diào)制后的出射光偏振斯托克斯參量為S。 =(I。Q。U。ν〇)τ，有：
[0018] S0=Mp-Mw-Mq-Si (1)
[0019] 在復(fù)合雙折射光楔的情形下，調(diào)制器由兩個楔角、材料完全一致的單光楔 W^SW2組成的，類似于巴俾涅補償器的工作原理，復(fù)合光楔的組合米勒矩陣看作是 Mw=MWl 'mW i ；
[0020] 在理想情況下，各偏振器件的米勒矩陣可以寫成：
[0021] \

【權(quán)利要求】
1. 一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于：包括依次共中心軸設(shè)置 的波片、光劈調(diào)制器、線偏振片、準直鏡頭、光柵、成像鏡頭、面陣探測器，波片、光劈調(diào)制器、 線偏振片構(gòu)成偏振信息調(diào)制模塊，且波片與光劈調(diào)制器之間設(shè)置有狹縫；入射光束經(jīng)過波 片預(yù)調(diào)制后通過狹縫，再依次經(jīng)過光劈調(diào)制器、線偏振片進行偏振信息調(diào)制后入射至準直 鏡頭，準直鏡頭將入射光準直形成平行光后出射至光柵，光柵對入射的平行光進行分光，將 入射的復(fù)色平行光離散成一定帶寬的單色光，單色光經(jīng)成像鏡頭成像至面陣探測器，由面 陣探測器探測載有光譜偏振信息的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于： 所述波片為四分之一波長消色差波片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于： 所述光劈調(diào)制器材料為雙折射晶體材料，優(yōu)選石英晶體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于： 所述光劈調(diào)制器的快軸方位與狹縫長度方向夾角理論上可以成任意角度，為了三角函數(shù)計 算方便，一般情況下設(shè)置成45°和-45°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于： 光劈調(diào)制器的結(jié)構(gòu)形式可為：快軸方位角相差90°，劈角相同但延遲量梯度方向相反的兩 塊光劈調(diào)制器膠合后形成的復(fù)合光劈調(diào)制器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測系統(tǒng)，其特征在于： 線偏振片的快軸方向與狹縫成90°。
7. -種基于空間振幅調(diào)制的光譜偏振探測方法，其特征在于：目標的入射光經(jīng)過波 片、狹縫、光劈調(diào)制器和偏振片，在進入準直鏡頭前實現(xiàn)偏振信息的調(diào)制，由于光劈調(diào)制器 的調(diào)制方向與狹縫長度方向垂直，因此偏振信息的調(diào)制方向與色散方向相互垂直； 入射光的偏振斯托克斯參量SSi=(IiQi仏\廣，各偏振器件的米勒矩陣按光路順序 分別為波片：Mq、光劈調(diào)制器:MW、偏振片：MP，調(diào)制后的出射光偏振斯托克斯參量為&= (I。 Q。U。VQ)T，有：
在復(fù)合雙折射光楔的情形下，調(diào)制器由兩個楔角、材料完全一致的單光楔1及W2組成 的，類似于巴俾涅補償器的工作原理，復(fù)合光楔的組合米勒矩陣看作是； 在理想情況下，各偏振器件的米勒矩陣可以寫成：
從公式（3)可以看到，在每個給定的光譜偏振分辨間隔△X內(nèi)，像面的強度是隨著高 度位置不同而呈現(xiàn)周期性變化的，通過解析這種周期性變化就可以得到入射光的斯托克斯 參量
【文檔編號】G01J3/447GK104483021SQ201410796345
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】李雙, 劉強 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院