[發(fā)明專利]一種無運動部件的偏振調制器

無效

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• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103472593A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 趙佳;周峰;李歡;趙海博;鐘曉明;晉利兵
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02F1/01;G01J4/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發(fā)明屬于航天光學遙感技術領域，涉及一種用于目標偏振信息獲取的偏振調制器，特別適合于對行星大氣中的云及氣溶膠等粒子進行探測。

背景技術

氣象、大氣環(huán)境監(jiān)測、海洋、航空航天以及軍事等部門的應用需求，推動了衛(wèi)星大氣遙感技術的進步。光學偏振遙感技術是光學遙感技術與偏振測量技術結合的產物。由于偏振測量的高精度特點，使得偏振遙感系統(tǒng)能夠成為衛(wèi)星大氣遙感的新技術手段。

我國民用衛(wèi)星已經形成了氣象、資源與海洋三大衛(wèi)星系列，和環(huán)境小衛(wèi)星星座結合在一起，已經初步構成了我國民用衛(wèi)星應用體系。對于這些資源、環(huán)境和海洋衛(wèi)星的遙感需求，急需獲得比較精確的大氣參數，如氣溶膠和云狀況，用來進行精確的大氣校正以大幅度提高其應用價值。而且氣溶膠和云對輻射影響的不確定性是當前研究全球變化和氣候變化的主要限制因素之一，氣溶膠、云和地表反射率是影響地表能量輻射平衡的重要因素。此外，云相態(tài)是影響運載火箭飛行、導彈飛行及飛機飛行安全的重要因素。因此掌握全球大氣氣溶膠和云分布狀況對航空、軍事和空間科學研究工作是至關重要的。

探測大氣中云及氣溶膠最有效的手段就是偏振探測，目前已有POLDER、APS等多顆星載多角度偏振光譜儀研制成功。對這些載荷研究不難發(fā)現(xiàn)，其運用的偏振調制方式主要有兩種，即時間調制和空間調制。

POLDER采用了時間調制的方式，時間調制通過旋轉波片和濾光片轉輪來獲取偏振信息和光譜信息。這種方式的優(yōu)點是：調制原理簡單。缺點是：波片只針對某一特定波長，因此探測多波長就要增加多路元件，系統(tǒng)的體積笨重；而且系統(tǒng)中有運動部件，抗振性、穩(wěn)定性、可靠性較差；一次只能測量一個偏振態(tài)，需要轉動波片多次測量才能獲得所需要的偏振信息，所以不能實時測量。

APS采用了空間調制的方式，空間調制通過偏振分束器將入射光分為多束，每束光分別通過波片等偏振元件調制后獲得所需的偏振態(tài)。空間調制的優(yōu)點是：無機械轉動可實時測量全Stocks參量I、Q、U、V。缺點是：光路調節(jié)非常困難，很難保證光束通過系統(tǒng)偏振態(tài)不改變；而且需要多個CCD（一般四個）同時測量，很難保證均一性和同步性；另外對多波長探測需濾光片（增加光路數或犧牲實時性），獲得的數據精度并不夠高，系統(tǒng)很笨重。

發(fā)明內容

本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種體積小、重量輕、無運動部件、調制簡單、解調精度高并且能夠同時獲得光譜信息和偏振信息的偏振調制器件。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種無運動部件的偏振調制器，包括消色差的1/4波片、無熱的多級相位延遲器、偏振分束器；所述的無熱的多級相位延遲器包括藍寶石晶體和MgF₂晶體，藍寶石晶體位于靠近消色差的1/4波片的一側，MgF₂晶體位于靠近偏振分束器的一側，藍寶石晶體和MgF₂晶體的厚度比為1:（2～3），藍寶石晶體的快軸方向與MgF₂晶體的快軸方向垂直且兩個快軸方向與水平方向的夾角均為45°；所述的消色差1/4波片的快軸方向與水平方向垂直，偏振分束器的快軸方向與消色差的1/4波片的快軸方向平行或者垂直。

所述的消色差的1/4波片為菲涅耳菱體。所述的偏振分束器為Wollaston棱鏡。所述的藍寶石晶體和MgF₂晶體的厚度比是1:2.4。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明的偏振調制器對入射光進行光譜調制后，在探測器上能夠得到振幅隨著線偏振度變化而相位隨著線偏振角變化的正弦曲線，經過解調之后能夠直接得到目標的光譜信息和偏振信息；

（2）本發(fā)明的偏振調制器與現(xiàn)有的基于分光路及分振幅方式的空間調制偏振測量方式相比，具有體積小、重量輕的優(yōu)點；

（3）本發(fā)明的偏振調制器與現(xiàn)有的基于旋轉偏振片以及電光調制的時間調制偏振測量方式相比，具有實時性好、無運動部件、穩(wěn)定性好等優(yōu)點；

（4）本發(fā)明的偏振調制方式由于經算法解調可直接得到所需的線偏振度和線偏振角，而不是像空間調制偏振測量那樣測得Stocks四個參量I、Q、U、V后再計算偏振度以及偏振角，所以光譜調制的解調方法簡單、解調精度高、運算速度快；

（5）本發(fā)明的偏振調制器通過光譜調制把隨著波長變化的偏振信息編碼在了光譜維，降低了時間（例如用旋轉濾光片及偏振片獲得不同偏振角信息時，不同時間測量時目標的偏振信息可能會發(fā)生改變）或空間（如分振幅的空間調制，不同光路的光學元件透過率不一致，影響結果的精度）的不一致性對測量結果的影響。

附圖說明