[發(fā)明專利]無源靜態(tài)共軸干涉成像光譜全偏振探測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010127350.6
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN101793558A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱京平;李杰;黃華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01N21/21;G02B27/28;G02B5/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 劉國智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種同時(shí)能獲得目標(biāo)二維強(qiáng)度、 干涉光譜和全偏振特性三位一體無源靜態(tài)共軸干涉成像光譜全偏振探測裝 置。

背景技術(shù)

1980s，美國空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(JPL)提出成像光譜儀概念，將成像儀與光 譜儀融合，可以同時(shí)獲取目標(biāo)的二維空間信息和一維光譜信息，受到各國大 力重視。20多年時(shí)間里，成像從多通道的色散型成像光譜儀，發(fā)展到高光 譜的干涉型成像光譜儀，其中具有共軸光路的薩瓦板(Savart?Plate)型干涉 成像光譜儀具有結(jié)構(gòu)緊湊、裝調(diào)容易等優(yōu)點(diǎn)，在大氣風(fēng)場測量方面得到了重 要應(yīng)用。

然而我們注意到：光源發(fā)射的光照射到地球表面和大氣中的任何目標(biāo)， 在輻射、反射、透射和散射光波的過程中，不僅會(huì)引起光波強(qiáng)度、光譜輻射 特性的變化，還會(huì)引起偏振狀態(tài)的變化。干涉成像光譜儀優(yōu)良地解決了同時(shí) 探測目標(biāo)空間強(qiáng)度信息和光譜信息的功能，可以獲得目標(biāo)的二維空間信息以 及物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，然而無法體現(xiàn)表征物體屬性的偏振特性。為此，有 學(xué)者嘗試將薩瓦板(Savart?Plate)型干涉成像光譜儀中的干涉分光元件換為 格蘭-泰勒棱鏡偏振分束器，使得其干涉光譜為偏振光干涉，從而實(shí)現(xiàn)對特定 偏振光進(jìn)行探測，遺憾的是它不能對目標(biāo)的全部偏振特性進(jìn)行探測。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前薩瓦板(Savart?Plate)型高光譜成像儀不能獲取目標(biāo)全偏振特 性的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、無運(yùn)動(dòng)部件、光通量 大、可一次性獲得目標(biāo)二維空間像、一維光譜信息和完整偏振信息的無源靜 態(tài)共軸干涉成像光譜全偏振探測裝置。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下裝置予以實(shí)現(xiàn)。

無源靜態(tài)共軸干涉成像光譜全偏振探測裝置，共軸設(shè)置有：最前端的前 置光學(xué)遠(yuǎn)望系統(tǒng)1，緊接著為靜態(tài)全光調(diào)制模塊2，接下來為基于薩瓦板的靜 態(tài)干涉成像光譜儀3，基于薩瓦板的靜態(tài)干涉成像光譜儀3后配置一成像鏡組 4，成像鏡組4之后為探測器5，探測器5后連接有信號獲取與處理系統(tǒng)6。

所述的前置光學(xué)望遠(yuǎn)系統(tǒng)1包括沿光軸順序設(shè)置的前置光學(xué)系統(tǒng)物鏡組 11、光闌12和前置光學(xué)系統(tǒng)像方鏡組13。

所述的光闌12在空間調(diào)制情況下為一狹縫122，在時(shí)空混合調(diào)制情況下為 一孔徑光闌121。

前置光學(xué)系統(tǒng)物鏡組11是反射鏡組、折反鏡組或折射鏡組。

所述的靜態(tài)全光調(diào)制模塊2包括雙折射晶體21、偏振片22或偏振棱鏡21及 其后的偏振片22。

所述的靜態(tài)干涉成像光譜儀為基于薩瓦板的靜態(tài)干涉成像光譜儀3，包括 前端與靜態(tài)全光調(diào)制模塊2共用的偏振片或偏振晶體22，中間為薩瓦板32，末 端為檢偏器33；

所述的薩瓦板32由晶軸互相垂直的兩塊雙折射晶體平板構(gòu)成。

所述的成像鏡組4選用以下任一方案制成：

空間調(diào)制情況下，為一個(gè)柱面透鏡41和位于其焦面上的一成像透鏡組42 組成，其中成像透鏡組42的焦面位于后續(xù)探測器5上；

時(shí)空混合調(diào)制情況下，為一成像透鏡組42。

所述的探測器5為CCD陣列、CMOS陣列、光電二極管陣列、光電倍增管陣 列或紅外焦平面陣列。

所述的信號獲取與處理系統(tǒng)6包括將探測器5接收到的信息進(jìn)行傅立葉變 換處理的微機(jī)，用于解調(diào)出目標(biāo)的二維空間強(qiáng)度、一維光譜和四個(gè)Stokes矢 量，并顯示為偽彩色圖片。

本發(fā)明采用雙折射晶體構(gòu)成的靜態(tài)全光調(diào)制模塊，使得入射光的四個(gè) Stokes矢量分別得到不同調(diào)制，從而在相位上分開，以實(shí)現(xiàn)了全偏振特性的 提取；采用薩瓦板作為分光、干涉核心部件，通過對入射尋常光和非常光的 橫向剪切，實(shí)現(xiàn)光譜分光功能，達(dá)到高光譜分辨能力。

本發(fā)明與其它現(xiàn)有裝置相比，其優(yōu)勢在于：

a)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了全偏振信息、高分辨成像、高光譜信息三位一體獲取；

b)整個(gè)裝置為靜態(tài)結(jié)構(gòu)，沒有任何運(yùn)動(dòng)的部件，抗振能力強(qiáng)；

c)除探測器與信號獲取與處理系統(tǒng)之外，整個(gè)裝置為全光結(jié)構(gòu)：偏振信 息和光譜信息獲取的過程中無任何電光、聲光或者磁光調(diào)制機(jī)構(gòu)，可 實(shí)現(xiàn)偏振信息的完全實(shí)時(shí)探測。無源結(jié)構(gòu)一方面避免了電調(diào)制帶來的 電噪聲影響，另一方面避免了電控導(dǎo)致的非實(shí)時(shí)性，同時(shí)還降低了信 號控制與解調(diào)處理的難度；

d)整個(gè)裝置為輕小型儀器，光學(xué)元件全部同軸設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、調(diào) 試方便；