一种实现全斯托克斯偏振成像的分束器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学探测目标器件领域，具体涉及一种实现全斯托克斯（stokes)偏 振成像的分束器，用于瞬态偏振成像探测，能够实时获取目标场景四个Stokes参量对应的 图像信息。用于像面干涉成像光谱仪的准直光路中，能同步引入四种偏振态信息，能够探测 目标各点的光谱信息以及各谱段的偏振信息。
【背景技术】
[0002] 偏振成像探测能够提供探测目标场景的光偏振态图像信息，可以反应探测目标 表面形状、粗糙度和阴影等特性，在天文探测、军事侦察和遥感等领域具有重要的应用价 值。偏振信息可以用四个Stokes偏振参量组成的Stokes矢量表示。基于穆勒矩阵运算的 Stokes偏振成像系统是主要的偏振成像方法之一。通常Stokes偏振成像系统由Stokes偏 振调制器件和成像系统组成，其中Stokes偏振调制器件是核心器件。
[0003] 传统的偏振成像方法主要有分时Stokes偏振成像，通过依次获取多幅偏振态图 像求解探测目标Stokes偏振态信息。该方法简单实用，能获取高空间分辨率图像信息，但 是在探测时间内，必须保证探测目标和探测器之间保持固定不动。为实现实时探测，一些 科研工作者提出了采用分振幅Stokes偏振成像和分焦面Stokes偏振成像的方法，其中传 统的分振幅Stokes偏振成像系统包含多个成像系统和探测器，结构复杂体积大；分焦面 Stokes偏振成像方法主要用于线偏振态探测，如要进行全Stokes偏振态探测，需要制作特 殊的微型焦面偏振阵列，工艺复杂，成本较高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种实现全偏振成像的分束器作为Stokes偏振成像系统 的偏振调制器件，可以用于瞬态偏振成像探测，能够实时获取目标场景四个Stokes参量对 应的图像信息。也可以用于像面干涉成像光谱仪的准直光路中，能同步引入四种偏振态信 息，能够探测目标各点的光谱信息以及各谱段的偏振信息。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种实现全斯托克斯偏振成像的分束 器，由部分偏振分光棱镜、直角棱镜、第一相位延迟器、第二相位延迟器、第一沃拉斯顿 (Wollaston)棱镜和第二Wollaston棱镜组成；其中部分偏振分光棱镜的胶合面透过80%的 p波和20%的s波，反射20%的p波和80%的s波。部分偏振分光棱镜为立方体，直角棱镜的 包含两条长直角边的面与部分偏振分光棱镜的侧面固定，重合的面形状和大小完全相同， 部分偏振分光棱镜的胶合面与直角棱镜包含两条斜边的面平行；第二相位延迟器夹在直角 棱镜和第二Wollaston棱镜之间，紧贴直角棱镜包含两条短直角边的面，直角棱镜和第二 相位延迟器重合的面形状和大小完全相同。第一相位延迟器夹在部分偏振分光棱镜和第一 Wollaston棱镜之间，且紧贴第二相位延迟器。第一相位延迟器为1/4波片，快轴与参考方 向的夹角为9=45° ;第二相位延迟器为1/2波片，快轴与参考方向的夹角为0=22.5° ;第 一相位延迟器和第二相位延迟器形状相同，大小相等，材料相同。第一 Wollaston棱镜（5) 和第二Wollaston棱镜（6)所用材料、尺寸和形状相同。第一 Wollaston棱镜的胶合面包 含第一 Wollaston棱镜顶面和底面的对角线；第二Wollaston棱镜的胶合面包含顶面和底 面各一条边。本同步全偏振分束器用于干涉成像光谱仪的准直光路中，一束光通过分束器 后形成四束光束，每束光束对应不同的偏振态。
[0006] -种实现全斯托克斯偏振成像的分束器，其光路走向如下：一束光进入部分偏振 分光棱镜后透过80%的第一 p波和20%的第一 s波，反射20%的第二p波和80%的第二s 波，第一 P波和第一 s波进入第一相位延迟器后相位改变90°进入第一 Wollaston棱镜，最 后经过后置成像系统在探测器上形成两个子图像；第二P波和第二s波在部分偏振分光棱 镜中透射进入直角棱镜，经直角棱镜斜边面反射进入第二相位延迟器后相位改变180°进 入第二Wollaston棱镜，最后经过后置成像系统在探测器上形成两个子图像。
[0007] 将分束器放置在干涉成像光谱仪的准直光路中，最后在探测器上可以同时探测到 四个子图像，即同时获取同一物点对应四个不同的偏振态光强信息，该方法能够同时探测 目标的全Stokes偏振信息。
[0008] 本发明与现有技术相比，其显著优点：1、系统结构紧凑轻小；2、单次测量便可获 得探测目标全Stokes偏振信息图像。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的结构示意图。
[0010] 图2为本发明中Wollaston棱镜胶合方式不意图，其中（a)为第一 Wollaston棱 镜胶合方式不意图，（b)为第二Wollaston棱镜胶合方式不意图。
[0011] 图3为本发明放置在Stokes偏振成像系统中的示意图。
[0012] 图4为本发明应用于获取的四种偏振态的子图像模型。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0014] 参照图1，本发明为一种实现全Stokes偏振成像的分束器，由部分偏振分光棱 镜1、直角棱镜2、第一相位延迟器3、第二相位延迟器4、第一 Wollaston棱镜5和第二 Wollaston棱镜6组成；其中部分偏振分光棱镜1的胶合面透过80%的p波和20%的s波， 反射20%的p波和80%的s波。部分偏振分光棱镜1为立方体，直角棱镜2的包含两条长 直角边的面与部分偏振分光棱镜1的侧面固定，重合的面形状和大小完全相同，部分偏振 分光棱镜1的胶合面与直角棱镜2包含两条斜边的面平行；第二相位延迟器4夹在直角棱 镜2和第二Wollaston棱镜6之间，紧贴直角棱镜2包含两条短直角边的面，直角棱镜2和 第二相位延迟器4重合的面形状和大小完全相同。第一相位延迟器3夹在部分偏振分光棱 镜1和第一 Wollaston棱镜5之间，且紧贴第二相位