[发明专利]无源静态共轴干涉成像光谱全偏振探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别是一种同时能获得目标二维强度、 干涉光谱和全偏振特性三位一体无源静态共轴干涉成像光谱全偏振探测装 置。

背景技术

1980s，美国空气动力实验室(JPL)提出成像光谱仪概念，将成像仪与光 谱仪融合，可以同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息，受到各国大 力重视。20多年时间里，成像从多通道的色散型成像光谱仪，发展到高光 谱的干涉型成像光谱仪，其中具有共轴光路的萨瓦板(Savart Plate)型干涉 成像光谱仪具有结构紧凑、装调容易等优点，在大气风场测量方面得到了重 要应用。

然而我们注意到：光源发射的光照射到地球表面和大气中的任何目标， 在辐射、反射、透射和散射光波的过程中，不仅会引起光波强度、光谱辐射 特性的变化，还会引起偏振状态的变化。干涉成像光谱仪优良地解决了同时 探测目标空间强度信息和光谱信息的功能，可以获得目标的二维空间信息以 及物质结构和化学成分，然而无法体现表征物体属性的偏振特性。为此，有 学者尝试将萨瓦板(Savart Plate)型干涉成像光谱仪中的干涉分光元件换为 格兰-泰勒棱镜偏振分束器，使得其干涉光谱为偏振光干涉，从而实现对特定 偏振光进行探测，遗憾的是它不能对目标的全部偏振特性进行探测。

发明内容

针对目前萨瓦板(Savart Plate)型高光谱成像仪不能获取目标全偏振特 性的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、无运动部件、光通量 大、可一次性获得目标二维空间像、一维光谱信息和完整偏振信息的无源静 态共轴干涉成像光谱全偏振探测装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下装置予以实现。

无源静态共轴干涉成像光谱全偏振探测装置，共轴设置有：最前端的前 置光学远望系统1，紧接着为静态全光调制模块2，接下来为基于萨瓦板的静 态干涉成像光谱仪3，基于萨瓦板的静态干涉成像光谱仪3后配置一成像镜组 4，成像镜组4之后为探测器5，探测器5后连接有信号获取与处理系统6。

所述的前置光学望远系统1包括沿光轴顺序设置的前置光学系统物镜组 11、光阑12和前置光学系统像方镜组13。

所述的光阑12在空间调制情况下为一狭缝122，在时空混合调制情况下为 一孔径光阑121。

前置光学系统物镜组11是反射镜组、折反镜组或折射镜组。

所述的静态全光调制模块2包括双折射晶体21、偏振片22或偏振棱镜21及 其后的偏振片22。

所述的静态干涉成像光谱仪为基于萨瓦板的静态干涉成像光谱仪3，包括 前端与静态全光调制模块2共用的偏振片或偏振晶体22，中间为萨瓦板32，末 端为检偏器33；

所述的萨瓦板32由晶轴互相垂直的两块双折射晶体平板构成。

所述的成像镜组4选用以下任一方案制成：

空间调制情况下，为一个柱面透镜41和位于其焦面上的一成像透镜组42 组成，其中成像透镜组42的焦面位于后续探测器5上；

时空混合调制情况下，为一成像透镜组42。

所述的探测器5为CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管阵 列或红外焦平面阵列。

所述的信号获取与处理系统6包括将探测器5接收到的信息进行傅立叶变 换处理的微机，用于解调出目标的二维空间强度、一维光谱和四个Stokes矢 量，并显示为伪彩色图片。

本发明采用双折射晶体构成的静态全光调制模块，使得入射光的四个 Stokes矢量分别得到不同调制，从而在相位上分开，以实现了全偏振特性的 提取；采用萨瓦板作为分光、干涉核心部件，通过对入射寻常光和非常光的 横向剪切，实现光谱分光功能，达到高光谱分辨能力。

本发明与其它现有装置相比，其优势在于：

a)本发明实现了全偏振信息、高分辨成像、高光谱信息三位一体获取；

b)整个装置为静态结构，没有任何运动的部件，抗振能力强；

c)除探测器与信号获取与处理系统之外，整个装置为全光结构：偏振信 息和光谱信息获取的过程中无任何电光、声光或者磁光调制机构，可 实现偏振信息的完全实时探测。无源结构一方面避免了电调制带来的 电噪声影响，另一方面避免了电控导致的非实时性，同时还降低了信 号控制与解调处理的难度；

d)整个装置为轻小型仪器，光学元件全部同轴设置，结构简单紧凑、调 试方便；