[發明專利]一種圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置及探測方法

有效

• 申請號: 201710482098.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107367329B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 張淳民;李祺偉;顏廷昱;穆廷魁
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/447;G01J3/45
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 劉強

1.一種圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置，其特征在于，沿入射光的主光軸方向依次設有前置望遠系統(1)、消色差波片陣列(2)、起偏器(3)、Savart偏光鏡(4)、檢偏器(5)、成像鏡陣列(6)及CCD探測器(7)；構建xyz坐標系，所述入射光的主光軸為Z軸，所述xyz坐標系滿足右手定則；所述入射光經前置望遠系統(1)準直后變為平行光，平行光通過消色差波片陣列(2)及起偏器(3)分解為四束調制狀態不同的光，四束調制狀態不同的光經過Savart偏光鏡(4)、檢偏器(5)及成像鏡陣列(6)后在CCD探測器(7)的四個象限區域上分別得到調制譜的干涉圖；

所述消色差波片陣列(2)包括第一消色差波片(21)、第二消色差波片(22)、第三消色差波片(23)及第四消色差波片(24)；所述第一消色差波片(21)的快軸方向、第二消色差波片(22)的快軸方向、第三消色差波片(23)的快軸方向和第四消色差波片(24)的快軸方向與x軸正向的夾角分別為0°、30°、-45°和60°；

所述Savart偏光鏡(4)左板的光軸位于與z軸成45°夾角，在y軸正向與x軸正向構成的平面內的投影與x軸正向成45°夾角；所述Savart偏光鏡(4)右板的光軸位于與z軸成45°夾角、在y軸正向與x軸負向構成的平面內的投影與x軸正向成-45°夾角。

2.根據權利要求1所述的圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置，其特征在于，所述起偏器(3)的透振方向與x軸正向的夾角為0°。

3.根據權利要求1所述的圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置，其特征在于，所述檢偏器(5)的透振方向與x軸正向的夾角為0°。

4.根據權利要求1所述的圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置，其特征在于，所述成像鏡陣列(6)包括第一成像鏡(61)、第二成像鏡(62)、第三成像鏡(63)及第四成像鏡(64)；所述CCD探測器(7)的感光面位于成像鏡陣列(6)的像方焦平面上。

5.一種根據權利要求1所述圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置的探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

根據偏振光學原理，空間點(x,y)發出光束的Stokes矢量S(x,y,λ)為：

其中S₀為光束總能量，S₁為0°方向線偏振光與90°方向線偏振光強度之差，S₂為45°方向線偏振光與135°方向線偏振光強度之差，S₃為右旋圓偏振光與左旋圓偏振光強度之差，(x,y)為目標的空間坐標，σ為探測目標波數；

消色差波片的穆勒Mueller矩陣為：

其中，θ為消色差波片的快軸方向與x軸正向的夾角；

偏振器陣列的Muller矩陣為：

其中θ為偏振器的透振方向與x軸正向夾角；

入射光經望遠系統1準直、消色差波片陣列2及起偏器3調制后形成偏振狀態不同的四束光，其中，任一束光的偏振態均由Stokes矢量表示為[S₀ S₁ S₂ S₃]^T，任一束光的偏振態均為：

其中，θ₁為該光束對應消色差波片的快軸方向與x軸正向的夾角，θ₂為該光束對應偏振片的透振方向與x軸正向的夾角；

通過Stokes矢量描述入射光的光譜及偏振信息時，只考慮入射光的S₀分量調制情況，入射光經前置望遠系統(1)準直后變為平行光，平行光通過消色差波片陣列(2)及起偏器(3)分解為四束調制狀態不同的光，四束調制狀態不同光的S₀分量分別為：

以上式中，σ為波數；四束調制狀態不同光偏振方向與x軸正向的夾角均為0°，然后經過Savart偏光鏡(4)、檢偏器(5)及成像鏡陣列(6)后在CCD探測器(7)的四個象限區域上分別得到調制譜的干涉圖：

上式中，為Savart偏光鏡(4)產生的相位差，Δ為光程差，上述四幅干涉圖任取一副進行取背景低通濾波，獲得目標的圖像；分別對干涉圖I_Path1、I_Path2、I_Path3、I_Path4進行傅里葉變換光譜復原，得及

入射光的全部Stokes參數通過及復原為：

得入射光的全部Stokes矢量譜[S₀ S₁ S₂ S₃]^T。