1.紅外偏振干涉成像光譜儀,包括準直鏡(1)、四通道偏振成像系統、干涉系統、中繼成像鏡(7)和面陣探測器(8),其特征是;
所述四通道偏振成像系統包括四通道偏振器(2)和四通道成像鏡(3),所述干涉系統包括分束器(4)和兩個半階梯半平面相位反射鏡;
攜帶目標偏振圖譜信息的入射光經準直鏡(1)后出射平行光,所述平行光經四通道偏振器(2)調制為四個不同的偏振狀態(tài)后在四通道成像鏡(3)的像方焦面上形成偏振像場陣列;
所述分束器(4)將偏振像場陣列進行強度等分后分別投射到兩個半階梯半平面相位反射鏡上,形成兩個相干的偏振像場陣列,所述兩個半階梯半平面相位反射鏡分別對偏振像場陣列中各偏振像場單元以空間分布形式進行相位量調制后返回分束器(4),并經中繼成像鏡(7)后在面陣探測器上獲得四個偏振態(tài)的干涉圖像;
所述兩個半階梯半平面相位反射鏡中的一個半階梯半平面相位反射鏡的平面區(qū)域與階梯區(qū)域的最高階梯同高,以其平面區(qū)域為基準,階梯區(qū)域以高度差h逐級遞減;另一個半階梯半平面相位反射鏡的平面區(qū)域與階梯區(qū)域的最低階梯同高,以其平面區(qū)域為基準,階梯區(qū)域以高度差h逐級遞增;
設定兩個半階梯半平面相位反射鏡的口徑相同,均為D×D,每個半階梯半平面相位反射鏡的平面區(qū)域的尺寸為D/2×D,階梯區(qū)域的尺寸為D/2×D;
所述兩個半階梯半平面相位反射鏡相對于分束器3鏡像放置,且其中一個半階梯半平面相位反射鏡的平面區(qū)域與另一個半階梯半平面相位反射鏡的階梯區(qū)域相對于分束器(3)處于鏡像位置,其階梯區(qū)域與另一個半階梯半平面相位反射鏡的平面區(qū)域相對于分束器(3)處于鏡像位置;
所述分束器(3)為帶有柵棱結構的輕型分束器由柵棱、分束窗和分束膜組成,所述柵棱對分束器進行空間分割形成分束窗陣列,分束膜位于分束窗上表面或分束窗和柵棱的上表面,柵棱對分束膜起支撐作用;
柵網分束器中的柵棱在橫向的寬度是其縱向寬度的倍,分束窗在橫向的寬度是其縱向寬度的倍,分束窗在橫向和縱向的占空比相同;
所述柵網分束器中的柵棱寬度范圍為1nm-100cm,分束窗寬度范圍為1nm-100cm;柵棱厚度范圍為1nm-100cm,分束窗厚度范圍為1nm-100cm;
所述柵網分束器中的柵棱的剖面結構為單面矩形、單面平行四邊形、單面梯形、雙面矩形、雙面平行四邊形或雙面梯形;
紅外偏振干涉成像光譜儀的制作方法,采用可見激光陣列標定與紅外相機觀測相結合的方法進行系統的集成制作,具體過程為:
步驟一、采用2×2可見激光陣列標定系統光軸,激光陣列具有四個激光源,四個激光源之間的距離等于四通道偏振器各偏振單元之間的中心距;通過調節(jié)2×2激光陣列源的位置和角度,使2×2激光陣列的四條光軸平行;
步驟二、在光路中插入一塊45°可見光分光棱鏡,將激光陣列分成兩路;通過調節(jié)分光棱鏡的位置和角度,使透射激光束與激光陣列光束共線,反射激光束與激光陣列光束垂直;
步驟三、將一個半階梯半平面相位反射鏡放置在2×2反射激光陣列的光路中,通過調節(jié)半階梯半平面相位反射鏡的位置和角度,使反射激光陣列光路中的四條激光束入射到半階梯半平面相位反射鏡上對應于每個成像通道的視場中心,且入射到半階梯半平面相位反射鏡上的四條激光束沿原路返回,保證半階梯半平面相位反射鏡與2×2激光陣列的光軸垂直;
步驟四、將另一個半階梯半平面相位反射鏡放置在2×2透射激光陣列的光路中,通過調節(jié)半階梯半平面相位反射鏡的位置和角度,使透射激光陣列光路中的四條激光束入射到半階梯半平面相位反射鏡上對應于每個成像通道的視場中心,且入射到半階梯半平面相位反射鏡上的四條激光束沿原路返回,保證半階梯半平面相位反射鏡與2×2激光陣列的光軸共線;
步驟五、移除可見光分光棱鏡,將分束器置于可見光分光棱鏡的位置,調節(jié)分束器的位置和角度,使反射到一個半階梯半平面相位反射鏡上的四條激光束位于該半階梯半平面相位反射鏡上對應于每個成像通道的視場中心,且被半階梯半平面相位反射鏡反射的光束沿原路返回;
步驟六、將四通道成像鏡放置于前置光路中,調節(jié)四通道成像鏡的位置和角度,使2×2激光陣列的四條激光束入射到四通道成像鏡的每個成像鏡單元的中心位置,并使各成像鏡單元表面中心位置反射的激光束沿原路返回,保證四通道成像鏡各成像通道的光軸與激光陣列光軸共線;
步驟七、將四通道偏振器放置于四通道成像鏡前,通過調節(jié)四通道偏振器的位置和角度,使2×2激光陣列的四條激光束入射到四通道偏振器的每個偏振單元的中心位置,并使各偏振單元表面中心位置反射的激光束沿原路返回,保證四通道偏振器各偏振通道的光軸與激光陣列光軸共線;
步驟八、將準直鏡放置于四通道偏振器前,調節(jié)準直鏡的位置和角度,使2×2激光陣列在準直鏡表面上呈對稱分布,且被準直鏡表面反射的激光束在激光陣列源平面上也呈對陣分布,保證準直鏡的光軸與激光陣列光軸中心共線;
步驟九、移除激光陣列,將紅外相機放置于分束器之后,調節(jié)紅外相機的位置,并利用紅外相機進行觀測,使得其中一個半階梯半平面相位反射鏡能在紅外相機的面陣探測器上清晰成像;然后調節(jié)另一個半階梯半平面相位反射鏡的縱向平移位置,通過紅外相機進行觀測,直到該半階梯半平面相位反射鏡在紅外相機的面陣探測器上清晰成像;
步驟十、將場景目標放置在準直鏡的物方焦面上,同時利用紅外光源對目標場景進行照明,調節(jié)四通道成像鏡的縱向平移位置,同時利用紅外相機進行觀測,使得場景目標能在紅外相機的面陣探測器上清晰成像;兩個半階梯半平面相位反射鏡位于四通道成像鏡的像方焦面處;
然后調整四通道成像鏡和四通道偏振器的橫向位置,同時利用紅外相機進行觀測,使紅外相機面陣探測器上四通道成像鏡的各成像鏡單元對應的場景目標的圖像位于兩個半階梯半平面相位反射鏡上對應于各成像通道的視場區(qū)域;
最后調整其中一個半階梯半平面相位反射鏡的縱向平移位置,直到出現干涉圖像為止,兩個半階梯半平面相位反射鏡之間的鏡像距離位于相干長度之內;
步驟十一、移除紅外相機,將中繼成像鏡放置于分束器之后,并將紅外面陣探測器放置于中繼成像鏡之后,通過調節(jié)中繼成像鏡的位置和角度,同時調節(jié)紅外面陣探測器的位置,使紅外面陣探測器上獲得清晰的干涉圖像,對各個器件進行固定,完成系統集成制作。