[發明專利]一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置

有效

• 申請號: 202011311863.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112484865B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 顧乃庭;黃林海;郭庭;饒長輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

1.一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其特征在于：該裝置利用波前探測目標光與背景雜散光之間偏振特性差異，通過在微透鏡陣列與光強探測器之間增加微偏振片陣列，對經微透鏡陣列分割后的入射光束進行0°、45°、90°和135°線性偏振調制，同時獲取不同偏振調制狀態下的強度分布，并計算入射光束的偏振度、偏振相位角偏振維度信息，最終計算波前斜率并復原波前像差，實現對入射光束波前探測；

該裝置由微透鏡陣列(1)、微偏振片陣列(2)、光強探測器(3)、數據處理器(4)組成，含目標光和背景雜散光在內的入射光進入微透鏡陣列(1)后被分割為M×N個子區域，每個子區域為一個微透鏡，其將分割后的入射光成像并進入微偏振片陣列(2)的對應子區域，微偏振片陣列為2×2的周期性線偏振片陣列，相鄰4個微偏振片的檢偏角度與水平方向夾角分別為0°、45°、90°和135°，單個微偏振片尺寸與光強探測器(3)的像元尺寸相同或為整數倍，且一一對應排列，單個微透鏡子區域對應多個微透鏡陣列周期，記為(k,j)且均大于1，光強探測器(3)將探測到經微透鏡陣列(1)分割成像且被微偏振片陣列(2)多角度偏振調制后的強度分布，微透鏡陣列(1)、微偏振片陣列(2)和光強探測器(3)也實際上組成了M×N個獨立的偏振成像微系統，從而可以輸出至數據處理器(4)中在偏振維度分析單個微透鏡對應子區域的光束偏振特性；

數據處理器(4)的數據處理過程如下：

單個子孔徑區域可以看成一個偏振成像微系統，入射光束經微透鏡成像并被微偏振片陣列偏振調制后得到光強分布為I(2k,2j,m,n)，其中(k,j)為單個微透鏡對應的2×2個微偏振片周期數，(m,n)為微透鏡的序號，按照偏振調制方向不同，可以從總光強分布I(2k,2j,m,n)中分別抽取0°、45°、90°以及135°四個偏振調制態的光強分布，分別記為I(m,n,1)，I(m,n,2)，I(m,n,3)和I(m,n,4)，由此可以求解入射光束的斯托克斯矢量線偏振分量，如下式所示：

利用(1)式求解入射光的偏振態后，可以進一步獲取入射光的偏振度信息DoP、偏振相位角信息AoP，如下式所示：

至此，經過偏振調制后的哈特曼-夏克子孔徑圖像已經從傳統的強度維度變換為偏振維度，偏振度和偏振相位角是子孔徑圖像信息在偏振維度的部分表征形式，利用單一的偏振參數或多項偏振參數融合后的偏振特征參數，記為P，應用質心算法或互相關算法即可獲取單個子孔徑內位置偏移及斜率，并最終復原入射光束的波前誤差。

2.根據權利要求1所述的一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其特征在于：微偏振片陣列呈2×2周期性排布的微線偏振片，其相鄰4個微偏振片檢偏角度分別為0°、45°、90°和135°，具體排序方式不限。

3.根據權利要求2所述的一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其特征在于：所述的微偏振片陣列，能夠實現對入射光束進行4個方向的線性濾波，采用微納光學加工的線性光柵實現，或者通過液晶陣列實現。

4.根據權利要求1所述的一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其特征在于：其可以應用于不同哈特曼-夏克波前探測場景，探測對象是點目標，或者是擴展目標。

5.根據權利要求1所述的一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其特征在于：偏振度和偏振相位角僅為表征入射光偏振信息的常用參數，根據實際需要采用線偏振度、圓偏振度或橢偏角，或是線偏振度、圓偏振度、橢偏角的融合。

6.根據權利要求1所述的一種實時偏振調制哈特曼-夏克波前探測裝置，其特征在于：光強探測器(3)能夠探測入射光束的強度，其采用CCD相機、CMOS相機、EMCCD相機。