[发明专利]一种基于二元数字编码双折射晶体的小型化全斯托克斯矢量偏振成像装置

摘要

本发明公开了一种基于二元数字编码双折射晶体的小型化全斯托克斯矢量偏振成像装置，包括：光谱滤光器(1)、成像镜头(2)、二元数字编码的双折射晶体薄片(3)，微偏振片阵列(4)，光强探测器(5)。本发明利用双折射晶体的双折射效应，采用微钠光学加工的方法对双折射晶体薄片进行二元数字编码，并与微偏振片阵列及光强探测器集成，形成结构紧凑、功能全面的全斯托克斯矢量偏振成像装置。本发明仅需一次曝光即可获取全斯托克斯矢量，实时性好；结构紧凑，系统稳定；微光学结构尺度大，精度要求低，成本低，可批量化生产；对环境要求低，性能稳定；本发明可广泛应用于天文偏振成像、生物组织检测和医学诊断、遥感成像、及目标探测等重要领域。

主权项

1.一种基于二元数字编码双折射晶体的小型化全斯托克斯矢量偏振成像装置，其特征在于：由光谱滤光器(1)，成像镜头(2)，二元数字编码的双折射晶体薄片(3)，微偏振片阵列(4)，光强探测器(5)组成，其中：光谱滤光器(1)位于成像镜头(2)前，用于对入射光束进行光谱滤光，将入射光的光谱范围限定在一定范围内，经过光谱滤光后的光束进入成像镜头(2)中，并最终形成成像光束，依次经过二元数字编码的双折射晶体薄片(3)和微偏振片阵列(4)，最终到达光强探测器(5)光敏面上，微偏振片阵列(4)由不同偏振方向的检偏器组成，每2×2个像素构成一个周期，且单个像素的尺寸、位置与光强探测器(5)的像素对应，二元数字编码的双折射晶体薄片(3)的编码宽度与微偏振片阵(4)和光强探测器(5)的像元宽度相等，位置对应；其中，二元数字编码的双折射晶体薄片编码方向可为横向或纵向；经过成像镜头(2)的光束依次经过二元编码的双折射晶体薄片(3)、微偏振片阵列(4)，并最终进入光强探测器(5)中，由于二元数字编码的双折射晶体薄片(3)、微偏振片阵列(4)和光强探测器(5)的像元均为周期性排列，因此，可以将单个周期内对应的2×2个像元序列视为4个不同的偏振分析器，并组合成一个微偏振仪，对特定空间位置的物点进行全斯托克斯矢量偏振成像，不同周期的偏振分析器组合相同，但由于分布与不同的空间位置，其能够对不同位置的物点进行偏振成像，因此，可以实现对成像视场内的物进行全斯托克斯矢量偏振成像；设该全斯托克斯矢量偏振成像装置的周期为M×N，每2×2个像元构成一个宏像元，在单个宏像元内，不同子像元对应的二元数字编码的双折射晶体薄片(3)厚度不同，微偏振片阵列(4)的检偏角也不同，从而定量改变入射偏振光的偏振态，实现对入射成像光束进行空间偏振调制，最终根据光强探测器(5)对应单个宏像素内相邻四个像元探测到的光强值计算目标的偏振态，实现全斯托克斯矢量的偏振成像；由于宏像元的周期性排列，且每个宏像素内的双折射晶体薄片厚度以及微偏振片阵列检偏角均保持一致，因此，对不同空间位置偏振成像的系数矩阵不会发生改变，光强探测器探测强度仅与宏像元内入射光的偏振态有关，即可以通过一次矩阵运算，获取空间分布的物的偏振成像结果。