一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列的製作方法

2023-07-24 13:08:41

專利名稱：一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學探測目標器件領域，具體涉及一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，應用於幹涉成像光譜儀中可以獲取目標全StOkes偏振信息、光譜信息和二維圖像信
肩、O
背景技術：
在目標探測過程中，由物體的光譜和偏振信息可以反演出目標的表面狀態及物理、化學性質，甚至能有效地消除背景噪聲，增強物體的可見性。由於目標的光譜和偏振輻射特性都具有明顯反映目標特徵的優勢，因此融合光譜和偏振信息的成像探測技術能有效利用兩者的互補性，顯著提高目標在複雜背景環境中被有效識別的能力。由此發展起來的成像光譜偏振技術(Imaging Spectropolarimeter, ISP),集合了照相機、光譜儀和偏振儀的功能，為目標探測與識別提供更加豐富的信息源，在軍事偵察、災害估計、資源調查等領域將發揮重要作用。ISP技術在過去十幾年間得到了快速發展，1999年Oka和Kato首次提出了多通道光譜偏振技術，實現了不同波數偏振信息的同時探測，提高了探測設備的穩固性。隨後2004年美國重飛行器公司通過在色散型成像光譜裝置準直光路前引入Oka相位延遲組件，對色散圖像進行傅立葉變換，提取各個Stokes分量所對應的頻譜，然後再進行逆傅立葉變換，即可得到全偏振光譜信息；安徽光機所的宋志平等人研究的基於GIS的IPS技術與其有異曲同工之妙。這兩種方法都可以獲得目標全Stokes偏振信息，但是都要經過兩次傅立葉變換，處理過程較為複雜。2006年美國亞利桑那大學在層析成像光譜技術基礎上引入Oka相位延遲組件，單次探測便可得到全部偏振信息和光譜信息，具有實時探測能力。但是數據處理過程複雜，且光譜解析度較低。隨後2010年亞利桑那大學的Kudenov和Julia等人將這一技術應用到像面幹涉成像光譜技術中，具有高光通量，高目標解析度的優點。但是探測窄帶目標光譜時，採用多通道幹涉成像光譜技術，各偏振態對應的幹涉信息之間可能出現較為嚴重的混疊，會影響復原光譜精度。

發明內容
本發明的目的在於提供一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，貼於幹涉成像光譜儀的探測器靶面前方，同一個物點對應四個探測器象元，可以同時獲取攜帶四組不同偏振信息的幹涉圖數據，從而實現光譜和偏振信息的同步獲取。實現本發明目的的技術解決方案為一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列由微相位延遲器陣列和偏振片組成，其中微相位延遲器陣列由第一晶體光柵和第二晶體光柵組成，第一晶體光柵和第二晶體光柵是在雙折射單軸晶體上採用光刻的方法製作而成，第一晶體光柵的線槽方向與其快軸方向沿逆時針所成的夾角為a角，第二晶體光柵的線槽方向與其快軸方向沿順時針所成的夾角為0角；第一晶體光柵和第二晶體光柵槽頂的相位延遲量相等且槽底的相位延遲量也相等，第一晶體光柵和第二晶體光柵的槽頂的相位延遲量為奶，第一晶體光柵和第二晶體光柵的槽底的相位延遲量為9 ，滿足0° < (P1 < (p' < 180°。第一晶體光柵與第二晶體光柵粘結且線槽方向相互垂直，第二晶體光柵與偏振片粘結且偏振片的通光軸與第一晶體光柵的快軸平行；本陣列微相位延遲器陣列、偏振片和應用的幹涉成像光譜儀的探測器靶面的面積相等，第一晶體光柵與第二晶體光柵的槽底和槽頂寬度與探測器象元寬度相同；該發明陣列中含有四種第一晶體光柵和第二晶體光柵的相位延遲量組合，為(<Px，)、( 9'，<p2 )、( ，2 )，每個相位延遲量組合構成一個偏振象元，每個偏振象元對已與應用的幹涉成像光譜儀的探測器象元，且兩者面積相同。將微偏振調製陣列的偏振片貼於幹涉成像光譜儀探測器靶面前方，每個偏振象元位置對應於幹涉成像光譜儀探測器的一個象元，同一個物點對應四個不同的偏振象元，成像在對應的四個探測器象元上，可以同時獲取一個物點的四個偏振態幹涉光強信息，從而實現幹涉和偏振信息的同步獲取。該方法具有結構簡單的優點，能夠同時探測目標的全Stokes偏振信息。本發明與現有技術相比，本發明為一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，貼於幹涉成像光譜儀探測器靶面前方，將偏振調製陣列貼於幹涉成像光譜儀探測器靶面前方，同一個物點對應四個不同的偏振象元，成像在對應的四個探測器象元上，可以同時獲取一個物點的四個偏振態幹涉光強信息，從而實現幹涉和偏振信息的同步獲取。採用該發明的幹涉成像光譜偏振方法，優勢在於1、具備幹涉成像光譜偏振技術的優點I)探測器之前器件為全光器件，無聲光、電光調製、方法簡單實用。2)具有高目標解析度、高通量、多通道優點。2、單次測量便可獲得目標二維空間光強信息、各點光譜信息和全Stokes偏振信肩、O
3、各偏振態對應的幹涉信息不存在理論上的混疊現象，可以提高幹涉類成像光譜偏振技術的光譜解析度和復原光譜準確度。4、本發明用於幹涉成像光譜儀引入偏振信息簡單方便，無需運動偏振器件。


圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的微相位延遲器件組成結構示意圖，其中圖2 Ca)為第一晶體光柵結構示意圖，圖2 (b)為第二晶體光柵結構示意圖。圖3為本發明中一個目標物點對應的四個偏振象元。圖4為本發明中微相位延遲器陣列應用於幹涉成像光譜儀獲取的偏振幹涉圖像及重新排列後獲取的四種偏振態的子圖像模型。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。參照圖1，本發明為一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，該發明由微相位延遲器陣列I和偏振片2組成。其中微相位延遲器陣列I由第一晶體光柵3和第二晶體光柵4組成，第一晶體光柵3和第二晶體光柵4是在雙折射單軸晶體上採用光刻的方法進行製作而成。第一晶體光柵3與第二晶體光柵4線槽方向相互垂直並前後粘結，第二晶體光柵4與偏振片2前後粘結且偏振片2的通光軸與第一晶體光柵3的快軸平行。參照圖2，第一晶體光柵3的快軸方向與其線槽方向與其沿逆時針所成的夾角為a角，第二晶體光柵4的快軸方向與線槽方向方向沿順時針所成的夾角為P角，滿足0° < a <90°、0° < P <90°且a關0。第一晶體光柵3和第二晶體光柵4槽頂的相位延遲量相等且槽底的相位延遲量也相等，第一晶體光柵3和第二晶體光柵4的槽頂的相位延遲量為W，第一晶體光柵3和第二晶體光柵4的槽底的相位延遲量為％，滿足
0 < (p) < (J)i P2> P3，分別對應於第一晶體光柵3和第二晶體光柵4的不同相位延遲量組合(爐,，奶)、(.(f\，爐2)、(爐2，% ) (p2, (P2),即P。對應((Px >爐I )、P1對應(鞏，(Pi ^P2對應(fPi' W )、P3對應(fPi，cPi _)，從而實現幹涉和偏振信息的同步獲取。參照圖4，本發明中微相位延遲器陣列應用於幹涉成像光譜儀獲取的偏振幹涉圖像由一些列偏振單元組成，每個偏振單元包含四個偏振象元，每個子象元對應一種偏振態的幹涉光強信息，分別為Itl, I1, I2, 13。一個偏振單元的四個象元在空間上分開，不會發生混疊。可以應用於窄帶光譜和寬帶光譜探測。提取每個象元同一偏振態的幹涉光強，可以獲取四組幹涉數據，對四組幹涉數據進行傅立葉變換可以獲取四組光譜信息，每組光譜信息對應一個Stokes分量方程，求解這四個方程可以獲取各譜段的全Stokes分量。本發明應用於幹涉成像光譜儀獲取偏振信息的步驟為將微偏振調製陣列的偏振片2貼於幹涉成像光譜儀探測器靶面前方，每個偏振象元位置對應於幹涉成像光譜儀探測器的一個象元，同一個物點對應四個不同的偏振象元，成像在對應的四個探測器象元上，可以同時獲取一個物點的四個偏振態幹涉光強信息，Id，I1, 12 13。提取同一偏振態下的光強信息組成該偏振態下的幹涉信息，通過傅立葉變換求得該偏振態下的光譜信息。求的四個偏振態下光譜信息組成一個包含四個Stokes分量的方程組。通過求解方程組可以獲取各波段的全Stokes偏振信息。以a = 0°、P = 45°肩=#2 = #4為例，每個譜段的四個偏振態方程組為
權利要求
1.一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，其特徵在於由微相位延遲器陣列(I)和偏振片(2)組成，其中微相位延遲器陣列(I)由第一晶體光柵(3)和第二晶體光柵(4)組成，第一晶體光柵(3)的線槽方向與其快軸方向沿逆時針所成的夾角為a，第二晶體光柵(4)的線槽方向與其快軸方向沿順時針所成的夾角為P ;第一晶體光柵(3)與第二晶體光柵(4)粘結且線槽方向相互垂直，第二晶體光柵(4)與偏振片(2)粘結且偏振片(2)的通光軸與第一晶體光柵(3)的快軸平行。
2.根據權利要求1所述的一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，其特徵是第一晶體光柵(3)和第二晶體光柵(4)均為雙折射單軸晶體。
3.根據權利要求1所述的一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，其特徵是在探測譜段內，第一晶體光柵(3)和第二晶體光柵(4)為二階階梯狀結構，階梯底部為槽底，階梯頂部為槽頂，第一晶體光柵(3)和第二晶體光柵(4)槽頂的相位延遲量相等且槽底的相位延遲量也相等，第一晶體光柵(3)和第二晶體光柵(4)的槽頂的相位延遲量為糾，第一晶體光柵(3)和第二晶體光柵(4)的槽底的相位延遲量為灼，滿足0° H < I SOi a
4.根據權利要求1所述的一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，其特徵是上述a角和3角滿足O。< a < 90°、0。< @ < 90°且a關旦。
5.根據權利要求1所述的一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，其特徵是微相位延遲器陣列1、偏振片(2)和應用的幹涉成像光譜儀的探測器靶面的面積相等，第一晶體光柵(3)與第二晶體光柵(4)的槽底和槽頂的寬度與探測器象元寬度相同。
全文摘要
本發明公開了一種實現全偏振成像的微偏振調製陣列，由微相位延遲器陣列和偏振片組成，其中微相位延遲器陣列由第一晶體光柵和第二晶體光柵組成，第一晶體光柵與第二晶體光柵粘結且線槽方向相互垂直，第二晶體光柵與偏振片粘結且偏振片的通光軸與第一晶體光柵的快軸平行。本發明用於幹涉成像光譜儀引入偏振信息簡單方便，無需運動偏振器，各偏振態對應的幹涉信息不存在理論上的混疊現象，可以提高幹涉類成像光譜偏振技術的光譜解析度和復原光譜準確度。
文檔編號G01J3/45GK103063300SQ201210585559
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者李建欣, 孟鑫, 劉德芳, 周偉, 郭仁慧, 沈華, 馬駿, 朱日宏, 陳磊, 何勇 申請人:南京理工大學