亚星游戏官网-www.yaxin868.com

一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统及探测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统及探测方法，可实现目标的高精度光谱偏振参数探测。利用波片、光劈调制器和线偏振片将偏振信息调制在与光谱色散方向相垂直的空间方向上，准直镜头将来自狭缝的光进行准直照射到光栅上，光栅对入射光进行分光，成像镜头将光谱偏振信息成像在面阵探测器上，其“空间维”用于偏振测量，“光谱维”用于光谱测量。本发明实现偏振信息获取与光谱信息获取相互独立，使得光谱测量和偏振测量同时优化。本发明解决了【背景技术】中光谱强度调制方法中偏振信息获取对光谱分辨率的依赖。
【专利说明】一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统及探测方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱偏振探测领域，具体是一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系 统及探测方法。

【背景技术】
[0002] 光谱偏振探测可以获得目标偏振信息在光谱上的分布，目前在多个领域都有着广 泛的应用，如植被、土壤、水体遥感，生物及医学诊断，天文观测等等。
[0003] 依据不同的应用目标，光谱偏振测量系统可以分为以下几种类型：
[0004] 时序调制方法。在单路光束中通过旋转偏振片，或者旋转二分之一波片（后置固 定的偏振片），或者采用可调延迟器器件来测量四个Stokes参量。
[0005] 空间调制方法。采用分振幅或者是分孔径的方式，将入射光按分成至少四路，进而 进行偏振解析探测获取四个Stokes参量。
[0006] 在时序调制和空间调制方法中，光谱信息的获取都是通道式，无法获取连续光谱 偏振信息，光谱信息相对单一，同时两种方法中四路光强的测量相互独立，系统差分效应非 常敏感，在测量过程中会产生伪偏振信号，偏振测量精度低。
[0007] 光谱强度调制方法。利用不同厚度的延迟器将测量的偏振信号调制成波长的函 数，通过单次光谱强度测量即可以获取全部的偏振信息，对差分效应不敏感，可实现连续光 谱测量其偏振测量精度高。但光谱强度调制方法中偏振信息解调以牺牲原有光谱仪的光谱 分辨率为代价，因此偏振信息的光谱信息会损耗。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的是提供一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统及探测方法，通 过单次光谱强度测量既可获取探测目标的光谱偏振信息，采用新型的空间振幅偏振调制方 法，解决现有技术中光谱强度调制方法中，偏振信息探测对于光谱信息的依赖，实现二者探 测的相互独立，同时获取高精度偏振信息同时还具备比较高的光谱分辨率。
[0009] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0010] 一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于：包括依次共中心轴设 置的波片、光劈调制器、线偏振片、准直镜头、光栅、成像镜头、面阵探测器，波片、光劈调制 器、线偏振片构成偏振信息调制�？椋�且波片与光劈调制器之间设置有狭缝；入射光束经过 波片预调制后通过狭缝，再依次经过光劈调制器、线偏振片进行偏振信息调制后入射至准 直镜头，准直镜头将入射光准直形成平行光后出射至光栅，光栅对入射的平行光进行分光， 将入射的复色平行光离散成一定带宽的单色光，单色光经成像镜头成像至面阵探测器，由 面阵探测器探测载有光谱偏振信息的图像。
[0011] 所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于：所述波片为四 分之一波长消色差波片。
[0012] 所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于：所述光劈调制 器材料为双折射晶体材料，优选石英晶体。
[0013] 所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于：所述光劈调制 器的快轴方位与狭缝长度方向夹角理论上可以成任意角度，为了三角函数计算方便，一般 情况下设置成45°和-45°。
[0014] 所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于：光劈调制器的 结构形式可是为：快轴方位角相差90°，劈角相同但延迟量梯度方向相反的两块调制器胶 合后形成的复合光劈调制器。
[0015] 所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于：线偏振片的快 轴方向与狭缝成90°。
[0016] -种基于空间振幅调制的光谱偏振探测方法，其特征在于：目标的入射光经过波 片、狭缝、光劈调制器和偏振片，在进入准直镜头前实现偏振信息的调制，由于光劈调制器 的调制方向与狭缝长度方向垂直，因此偏振信息的调制方向与色散方向相互垂直；
[0017] 入射光的偏振斯托克斯参量Ssi= (IiQiUiViK，各偏振器件的米勒矩阵按光 路顺序分别为波片：M,、光劈调制器:MW、偏振片：MP，调制后的出射光偏振斯托克斯参量为S。 =(I。Q。U。ν〇)τ，有：
[0018] S0=Mp-Mw-Mq-Si (1)
[0019] 在复合双折射光楔的情形下，调制器由两个楔角、材料完全一致的单光楔 W^SW2组成的，类似于巴俾涅补偿器的工作原理，复合光楔的组合米勒矩阵看作是 Mw=MWl 'mW i ；
[0020] 在理想情况下，各偏振器件的米勒矩阵可以写成：
[0021] \

【权利要求】
1. 一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于：包括依次共中心轴设置 的波片、光劈调制器、线偏振片、准直镜头、光栅、成像镜头、面阵探测器，波片、光劈调制器、 线偏振片构成偏振信息调制�？椋�且波片与光劈调制器之间设置有狭缝；入射光束经过波 片预调制后通过狭缝，再依次经过光劈调制器、线偏振片进行偏振信息调制后入射至准直 镜头，准直镜头将入射光准直形成平行光后出射至光栅，光栅对入射的平行光进行分光，将 入射的复色平行光离散成一定带宽的单色光，单色光经成像镜头成像至面阵探测器，由面 阵探测器探测载有光谱偏振信息的图像。
2. 根据权利要求1所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于： 所述波片为四分之一波长消色差波片。
3. 根据权利要求1所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于： 所述光劈调制器材料为双折射晶体材料，优选石英晶体。
4. 根据权利要求1所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于： 所述光劈调制器的快轴方位与狭缝长度方向夹角理论上可以成任意角度，为了三角函数计 算方便，一般情况下设置成45°和-45°。
5. 根据权利要求1所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于： 光劈调制器的结构形式可为：快轴方位角相差90°，劈角相同但延迟量梯度方向相反的两 块光劈调制器胶合后形成的复合光劈调制器。
6. 根据权利要求1所述的一种基于空间振幅调制的光谱偏振探测系统，其特征在于： 线偏振片的快轴方向与狭缝成90°。
7. -种基于空间振幅调制的光谱偏振探测方法，其特征在于：目标的入射光经过波 片、狭缝、光劈调制器和偏振片，在进入准直镜头前实现偏振信息的调制，由于光劈调制器 的调制方向与狭缝长度方向垂直，因此偏振信息的调制方向与色散方向相互垂直； 入射光的偏振斯托克斯参量SSi=(IiQi仏\广，各偏振器件的米勒矩阵按光路顺序 分别为波片：Mq、光劈调制器:MW、偏振片：MP，调制后的出射光偏振斯托克斯参量为&= (I。 Q。U。VQ)T，有：
在复合双折射光楔的情形下，调制器由两个楔角、材料完全一致的单光楔1及W2组成 的，类似于巴俾涅补偿器的工作原理，复合光楔的组合米勒矩阵看作是； 在理想情况下，各偏振器件的米勒矩阵可以写成：
从公式（3)可以看到，在每个给定的光谱偏振分辨间隔△X内，像面的强度是随着高 度位置不同而呈现周期性变化的，通过解析这种周期性变化就可以得到入射光的斯托克斯 参量
【文档编号】G01J3/447GK104483021SQ201410796345
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】李双, 刘强 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院