[發(fā)明專利]一種靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110605526.2
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113218505B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂金光;梁靜秋;王惟彪;秦余欣;陶金
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28;G01J3/447
• 代理公司: 長春中科長光知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

1.一種靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，包括沿入射光的光軸方向依次設(shè)置的準(zhǔn)直鏡、微透鏡陣列、中繼成像系統(tǒng)和面陣探測器，其特征在于，在所述準(zhǔn)直鏡和所述微透鏡陣列之間設(shè)置有偏振片陣列，所述微透鏡陣列和所述中繼成像系統(tǒng)之間設(shè)置有靜態(tài)干涉系統(tǒng)，所述準(zhǔn)直鏡、所述偏振片陣列、所述微透鏡陣列和所述靜態(tài)干涉系統(tǒng)同軸；

所述偏振片陣列將入射光場分為四個(gè)偏振通道，所述入射光場在四個(gè)所述偏振通道內(nèi)形成具有不同偏振態(tài)的四個(gè)透射光場；

所述靜態(tài)干涉系統(tǒng)包括階梯方向相對于分束器正交，且位于所述微透鏡陣列像方焦面上的第一屋脊多級微反射鏡陣列和第二屋脊多級微反射鏡陣列，用于將所述透射光場形成多重偏振干涉光場，實(shí)現(xiàn)所述四個(gè)偏振通道內(nèi)偏振干涉的同步測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述偏振片陣列為四象限結(jié)構(gòu)的微納線柵偏振片陣列。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述偏振片陣列的四個(gè)象限具有不同的偏振方向，所述偏振方向是0°、45°、90°和135°的排列組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述微透鏡陣列的微透鏡單元為N×N的偶數(shù)個(gè)，每N/2×N/2個(gè)所述微透鏡單元對應(yīng)一個(gè)所述偏振通道，將該偏振通道的所述透射光場進(jìn)行孔徑分割，形成多重像場。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述分束器沿所述光軸成45°方向設(shè)置，將所述微透鏡陣列形成的所述多重像場進(jìn)行能量均分，分別成像到所述第一屋脊多級反射鏡陣列和所述第二屋脊多級微反射鏡陣列上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述第一屋脊多級微反射鏡陣列和所述第二屋脊多級微反射鏡陣列的階梯級數(shù)均為N，形成N×N個(gè)干涉單元，經(jīng)所述第一屋脊多級微反射鏡陣列和所述第二屋脊多級微反射鏡陣列反射的光束在所述分束器表面進(jìn)行干涉，形成多重偏振干涉光場。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述第一屋脊多級微反射鏡陣列的階梯高度H₁小于所述入射光最小波長的1/4，用于實(shí)現(xiàn)有效的光譜復(fù)原；

所述第二屋脊多級微反射鏡陣列的階梯高度H₂為H₁×N/2，用于形成連續(xù)的光程差采樣序列。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述中繼成像系統(tǒng)位于所述第一屋脊多級微反射鏡陣列的出射光路中，用于將所述多重偏振干涉光場成像到所述面陣探測器的表面。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述面陣探測器用于對所述多重偏振干涉光場進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，形成不同偏振狀態(tài)、不同干涉級次的偏振干涉強(qiáng)度圖像。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述準(zhǔn)直鏡用于將目標(biāo)場景發(fā)出的光準(zhǔn)直為平行光，入射到所述偏振片陣列上。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述偏振片陣列通過以下步驟制備：

步驟一、在基底上蒸鍍金屬層，并在所述金屬層上均勻涂布光刻膠作為掩模層；

步驟二、通過電子束曝光在所述光刻膠上，光刻顯影得到柵條結(jié)構(gòu)；

步驟三、去除多余的所述光刻膠，得到金屬線柵。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀，其特征在于，所述微透鏡陣列通過以下步驟制備：

步驟一、在基板上光刻得到圓柱形光刻膠；

步驟二、加熱使所述圓柱形光刻膠融化得到球面輪廓光刻膠；

步驟三、將所述球面輪廓光刻膠的輪廓轉(zhuǎn)移到所述基板上，得到尺寸均勻的所述微透鏡陣列。

13.一種靜態(tài)紅外偏振成像光譜儀偏振光譜信息提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對利用如權(quán)利要求1-10任意一項(xiàng)獲得的偏振干涉強(qiáng)度圖像進(jìn)行分割，將其分割為對應(yīng)不同干涉級次的圖像單元；

S2、將所述圖像單元按照光程差的順序進(jìn)行排列、匹配，得到所述圖像單元中每一點(diǎn)(x，y)的光程差δ對應(yīng)的干涉強(qiáng)度序列I_Si(x,y,δ)，如下式：

其中，S_i表示入射光的第i個(gè)Stokes參量，i＝0，1，2，

I_S0＝I_0°+I_90°，I_S1＝I_0°-I_90°，I_S2＝I_45°-I_135°，

σ表示波數(shù)，

M表示偏光元件偏振響應(yīng)的穆勒矩陣；

S3、對所述干涉強(qiáng)度序列進(jìn)行離散傅里葉變換，就可以復(fù)原出目標(biāo)場景的Stokes偏振光譜信息S_i(σ)，如下式：