[發明專利]一種實現全斯托克斯偏振成像的分束器

在審

• 申請號: 201310723857.1
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN104749788A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 李建欣;劉德芳;孟鑫;史今賽;朱日宏;郭仁慧;沈華;馬駿;陳磊;何勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于光學探測目標器件領域，具體涉及一種實現全斯托克斯(Stokes)偏振成像的分束器，用于瞬態偏振成像探測，能夠實時獲取目標場景四個Stokes參量對應的圖像信息。用于像面干涉成像光譜儀的準直光路中，能同步引入四種偏振態信息，能夠探測目標各點的光譜信息以及各譜段的偏振信息。

背景技術

偏振成像探測能夠提供探測目標場景的光偏振態圖像信息，可以反應探測目標表面形狀、粗糙度和陰影等特性，在天文探測、軍事偵察和遙感等領域具有重要的應用價值。偏振信息可以用四個Stokes偏振參量組成的Stokes矢量表示。基于穆勒矩陣運算的Stokes偏振成像系統是主要的偏振成像方法之一。通常Stokes偏振成像系統由Stokes偏振調制器件和成像系統組成，其中Stokes偏振調制器件是核心器件。

傳統的偏振成像方法主要有分時Stokes偏振成像，通過依次獲取多幅偏振態圖像求解探測目標Stokes偏振態信息。該方法簡單實用，能獲取高空間分辨率圖像信息，但是在探測時間內，必須保證探測目標和探測器之間保持固定不動。為實現實時探測，一些科研工作者提出了采用分振幅Stokes偏振成像和分焦面Stokes偏振成像的方法，其中傳統的分振幅Stokes偏振成像系統包含多個成像系統和探測器，結構復雜體積大；分焦面Stokes偏振成像方法主要用于線偏振態探測，如要進行全Stokes偏振態探測，需要制作特殊的微型焦面偏振陣列，工藝復雜，成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實現全偏振成像的分束器作為Stokes偏振成像系統的偏振調制器件，可以用于瞬態偏振成像探測，能夠實時獲取目標場景四個Stokes參量對應的圖像信息。也可以用于像面干涉成像光譜儀的準直光路中，能同步引入四種偏振態信息，能夠探測目標各點的光譜信息以及各譜段的偏振信息。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種實現全斯托克斯偏振成像的分束器，由部分偏振分光棱鏡、直角棱鏡、第一相位延遲器、第二相位延遲器、第一沃拉斯頓（Wollaston）棱鏡和第二Wollaston棱鏡組成；其中部分偏振分光棱鏡的膠合面透過80%的p波和20%的s波，反射20%的p波和80%的s波。部分偏振分光棱鏡為立方體，直角棱鏡的包含兩條長直角邊的面與部分偏振分光棱鏡的側面固定，重合的面形狀和大小完全相同，部分偏振分光棱鏡的膠合面與直角棱鏡包含兩條斜邊的面平行；第二相位延遲器夾在直角棱鏡和第二Wollaston棱鏡之間，緊貼直角棱鏡包含兩條短直角邊的面，直角棱鏡和第二相位延遲器重合的面形狀和大小完全相同。第一相位延遲器夾在部分偏振分光棱鏡和第一Wollaston棱鏡之間，且緊貼第二相位延遲器。第一相位延遲器為1/4波片，快軸與參考方向的夾角為θ=45°；第二相位延遲器為1/2波片，快軸與參考方向的夾角為θ=22.5°；第一相位延遲器和第二相位延遲器形狀相同，大小相等，材料相同。第一Wollaston棱鏡(5)和第二Wollaston棱鏡(6)所用材料、尺寸和形狀相同。第一Wollaston棱鏡的膠合面包含第一Wollaston棱鏡頂面和底面的對角線；第二Wollaston棱鏡的膠合面包含頂面和底面各一條邊。本同步全偏振分束器用于干涉成像光譜儀的準直光路中，一束光通過分束器后形成四束光束，每束光束對應不同的偏振態。

一種實現全斯托克斯偏振成像的分束器，其光路走向如下：一束光進入部分偏振分光棱鏡后透過80%的第一p波和20%的第一s波，反射20%的第二p波和80%的第二s波，第一p波和第一s波進入第一相位延遲器后相位改變90°進入第一Wollaston棱鏡，最后經過后置成像系統在探測器上形成兩個子圖像；第二p波和第二s波在部分偏振分光棱鏡中透射進入直角棱鏡，經直角棱鏡斜邊面反射進入第二相位延遲器后相位改變180°進入第二Wollaston棱鏡，最后經過后置成像系統在探測器上形成兩個子圖像。

將分束器放置在干涉成像光譜儀的準直光路中，最后在探測器上可以同時探測到四個子圖像，即同時獲取同一物點對應四個不同的偏振態光強信息，該方法能夠同時探測目標的全Stokes偏振信息。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：1、系統結構緊湊輕小；2、單次測量便可獲得探測目標全Stokes偏振信息圖像。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明中Wollaston棱鏡膠合方式示意圖，其中（a）為第一Wollaston棱鏡膠合方式示意圖，（b）為第二Wollaston棱鏡膠合方式示意圖。