[發明專利]一種靜態快照式焦平面光譜全偏振信息探測裝置及方法

有效

• 申請號: 201910515348.7
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110296941B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 李杰;吳海英;齊春
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/01
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種靜態快照式焦平面光譜全偏振信息探測裝置及方法，該裝置通過將面陣探測器安裝在焦平面探測器上，在焦平面探測器前安裝雙折射位相延遲器陣列和雙折射干涉元件，使得待測量光被分為四個子波束，相對于以往光譜全偏振探測裝置，沒有任何機械運動、電控調制部件，在保證探測器單次曝光便可在寬波段范圍內獲取目標光譜全偏振信息的同時，所用雙折射元件全部安裝在焦平面上、結構簡單緊湊，易于集成，體積小，重量輕，對振動及環境不敏感，具有良好的航空航天及野外環境適應性。

【技術領域】

本發明屬于光學儀器技術領域，涉及一種靜態快照式焦平面光譜全偏振信息探測裝置及方法。

【背景技術】

光譜偏振測量技術能夠獲取目標光的光譜及波長相關偏振信息，在材料科學、環境監測、生物醫學、天文觀測、深空探索及航空航天遙感等領域有著非常廣泛的應用。

目前商用光譜全偏振測量儀(橢圓偏振光譜儀)多采用液晶可調位相延遲器和后續光譜分光結構獲得不同波長的全偏振信息，無機械運動部件，具有較高的穩定性。但其工作時，需要電控液晶分子旋轉獲得不同的位相延遲，不能滿足快速變化目標的測量，且對環境較為敏感，光路中有電控調制部件也增加了系統復雜程度，應用條件和環境受到極大限制。為了解決上述問題，發展出了靜態快照式光譜全偏振測量技術，探測器單次曝光便可同時獲取目標不同波長全偏振信息，對于快速變化目標的測量具有極大優勢。

經過多年發展，出現了基于光柵分振幅，偏振光柵，雙折射楔形片和偏振片，干涉偏振調制器，通道調制等結構和原理的靜態快照式光譜全偏振測量儀器。然而上述光譜全偏振測量儀器普遍存在光路復雜、體積較大、結構不緊湊等問題。雖然通道調制型光譜偏振測量技術可以實現較為緊湊的結構和較小的體積，但存在通道混疊和較大的光譜分辨率損失。近年來，張淳民、高鵬等人又分別提出基于偏振陣列和四分區位相延遲器陣列的光譜全偏振探測方案，能提高通道調制方案的光譜分辨率，但其裝置均采用二次成像系統，依然存在體積大、結構復雜的缺點。同時，偏振陣列和位相延遲器陣列中的波片或位相延遲器位相延遲量與溫度相關，裝置測量精度易受環境溫度影響。此外，其偏振陣列采用的消色差波片工作波長范圍也受到極大限制。

總的來說，一方面由于全偏振信息是高維信息，而探測器空間維度最大只有兩維(面陣探測器)，目前常見的方法是采用多個探測器或者較為復雜的光路將探測器分為若干區域獲取數據，多個探測器響應不一致會降低偏振測量精度，復雜的光路易受到環境溫度、振動影響；另一方面，要獲得波長相關信息必須有分光器件進行分光，從而使測量儀器有較高的復雜程度和較大的體積、重量。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種靜態快照式焦平面光譜全偏振信息探測裝置及方法；本發明提出的裝置采用焦平面光路系統，結構簡單、緊湊，裝調方便，易于集成，對振動及環境不敏感。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種靜態快照式焦平面光譜全偏振信息探測裝置，其特征在于，沿入射光線的主光軸方向，成像鏡的后方設置有雙折射位相延遲器陣列，雙折射位相延遲器陣列后依次設置有起偏器、Wollaston棱鏡WP、檢偏器和面陣探測器；所述雙折射位相延遲器陣列、起偏器、Wollaston棱鏡WP、檢偏器和面陣探測器依次固定連接；

所述雙折射位相延遲器陣列包括四組依次固定連接雙折射位相延遲器，雙折射位相延遲器陣列的陣列方向垂直于主光軸方向，相鄰的兩組雙折射位相延遲器的側邊固定連接，主光軸方向的兩側分別設置有兩組雙折射位相延遲器；

入射光線的主光軸方向為坐標系中的z向，坐標系滿足右手定則。

本發明的進一步改進在于：

優選的，每組雙折射位相延遲器包括一個或兩個雙折射位相延遲器。