[發明專利]基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀

有效

• 申請號: 201711380877.8
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108168704B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 梁中翥;梁靜秋;呂金光;陶金;孟德佳;王維彪;秦余欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/453
• 分類號: G01J3/453;G01J3/447;G01J3/02;G02B27/28
• 代理公司: 22214 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司
• 代理人: 張偉

基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀,涉及紅外偏振成像光譜測量儀器技術領域，解決現有目標場景中偏振信息、圖像信息和光譜信息的同時獲取以及偏振成像光譜儀器的微小型化與集成化問題，包括準直鏡、四通道偏振器、四通道成像鏡、分束器、平面反射鏡、雙周期階梯相位反射鏡、中繼成像鏡和面陣探測器，本發明通過四通道偏振器、四通道成像鏡與雙周期階梯相位反射鏡之間的光場耦合實現對像場偏振與干涉的調制，從而獲取目標場景的四通道偏振干涉圖像，通過一次掃描即可獲取目標場景的偏振、圖像和光譜信息，具有微小型、輕量化、結構簡單、集成度高、測量速度快、信息量多等優點。

技術領域

本發明涉及紅外偏振成像光譜測量儀器技術領域，涉及一種紅外偏振成像光譜儀器，具體的說是涉及一種利用四通道偏振器、四通道成像鏡和雙周期階梯相位反射鏡對光場進行偏振調制、陣列成像與分布式相位調制以實現偏振像場干涉的微小型紅外偏振干涉成像光譜儀。

背景技術

圖像特征、光譜特征和偏振特征是人們識別物質的重要手段，對目標圖像、光譜和偏振特征的有效探測大大提高了人們認識世界的能力。圖像特征探測用于記錄物體的位置和強度信息，光譜特征探測根據不同物質所特有的發射、反射、透射光譜可以獲取與波長有關的信息，偏振特征探測可以獲取與物體表面結構、表面粗糙度等特性密切相關的偏振信息。隨著科學與工程技術的發展，現代測量儀器趨于發展偏振、光譜和圖像三位一體的多模式探測能力，即在一臺儀器上集成偏振、光譜和圖像測量功能，對同一目標的偏振、光譜和圖像信息進行同時探測，從而全方面評估目標屬性，為人們正確認知物質世界提供更加有力的手段，同時在豐富目標信息的基礎上簡化系統結構，提高系統穩定性。偏振成像光譜技術在空間探測、大氣遙感、地球遙感、機器視覺及生物醫學等領域都具有極其重要的使用價值，因此結合偏振圖譜測量功能的偏振成像光譜儀器具有十分廣闊的應用前景。

由于圖像信息為二維的位置光強信息，光譜信息為一維的波長功率譜信息，偏振信息用斯托克斯矢量表示為四維信息，因此偏振成像光譜儀需要獲取的是多個維度的數據信息。但是探測器是二維的測量器件，如何利用二維的探測器件獲取多個維度的目標信息，是目前偏振成像光譜探測技術與儀器領域需要具體解決的問題。目前紅外偏振成像光譜探測技術中普遍使用的紅外偏振成像光譜儀都是采用在掃描型紅外成像光譜儀中插入偏振片，通過偏振片的旋轉獲取目標場景不同偏振態的圖譜數據。由于紅外成像光譜儀中含有光譜掃描機構，在每一個偏振狀態都需要對光譜進行一次掃描，完成一次光譜掃描后偏振片旋轉到下一個偏振狀態，再進行下一個偏振態的光譜掃描。光譜掃描和偏振片旋轉兩個運動機構，不僅增加了系統的體積和重量，同時增加了系統數據獲取的時間。

發明內容

本發明為解決現有目標場景中偏振信息、圖像信息和光譜信息的同時獲取以及偏振成像光譜儀器的微小型化與集成化問題，提供一種基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀。

基于雙周期階梯相位反射鏡的紅外偏振干涉成像光譜儀，包括準直鏡、四通道偏振器、四通道成像鏡、分束器、平面反射鏡、雙周期階梯相位反射鏡、中繼成像鏡和面陣探測器，攜帶目標偏振圖譜信息的入射光場經準直鏡被準直為平行光場，所述平行光場經四通道偏振器分為四個偏振狀態，并在四通道成像鏡的像方焦面形成偏振像場陣列；

分束器將所述偏振像場陣列進行強度等分后分別投射到平面反射鏡和雙周期階梯相位反射鏡上，形成兩個相干偏振像場陣列；雙周期階梯相位反射鏡對所述偏振像場陣列中每個偏振像場單元進行空間分布式相位調制，中繼成像鏡將調制后的偏振像場傳輸至面陣探測器上與平面反射鏡反射的偏振光場疊加干涉；

所述四通道偏振器的每個偏振通道對應出射光場的一種偏振態；所述四通道成像鏡對橫向空間形成四個成像通道；所述的每個成像通道對應一個偏振通道，從而對應一個偏振像場；且每個成像通道的像方視場對應于雙周期階梯相位反射鏡的一個象限，不同偏振像場單元的相位受到雙周期階梯相位反射鏡不同區域的分布式調制，面陣探測器像面上獲得具有四個不同偏振狀態且每個偏振狀態具有空間相位差分布的偏振干涉圖像陣列。