一种基于偏振阵列的光谱偏振装置及探测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于偏振阵列的光谱偏振装置及探测方法，沿入射光线的主光轴从左到右依次设有前置望远系统、延迟器阵列、偏振阵列、消色差半波片阵列、Wollaston棱镜、检偏器、成像镜组及数据接收系统CCD探测器。本发明通过偏振阵列对光进行四种不同状态的调制，再通过消色差半波片阵列及基于Wollaston棱镜的干涉仪来得到调制后的四个S0谱，进而复原出入射光的四个Stokes矢量。本发明可以精确的得到入射光的光谱和四个Stokes矢量。同时通过偏振阵列对光谱及偏振信息进行空间调制，各通道位于不同的空间位置，不存在通道混叠的问题，复原光谱精度更高；同时由于各通道分别占有最大光程差，因此保持了仪器原有的光谱分辨率，较强度调制方法使复原光谱分辨率提高7倍。
【专利说明】一种基于偏振阵列的光谱偏振装置及探测方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种获取目标光谱和偏振态的装置及方法，具体涉及一种基于偏振阵列的光谱偏振装置及探测方法。
【背景技术】
[0002]Stokes矢量谱可以完整的描述目标的光谱及偏振信息，而光谱及偏振信息对于地球遥感探测有着重要的意义，光谱及偏振信息对地物识别、大气监测及物质性质检测方面均有重要作用。光谱偏振技术作为一种新型的光学探测方法，目前国际上只有少数科研机构开展相关研究工作。尤其是干涉光谱偏振仪(Interference Spectropolarimeter, ISP),目前仍处于原理探索与实验验证阶段，其技术手段尚未成熟。
[0003]目前国际上常规偏振态(Stokes矢量谱)的测量方法有按时间顺序测量及按空间顺序测量等方法，这些方法均需要对目标进行多次测量，存在时间或空间失配问题，限制了其分辨率和偏振测量精度，同时难以做到实时测量，限制了其在偏振探测领域的应用。1999年Kazuhiko Oka等提出的强度调制测量Stokes矢量谱的方法可以通过单次测量获取探测目标的全偏振态信息，具有实时探 测能力。然而该方法通过通道复用技术和频域滤波实现Stokes矢量的探测，数据处理过程较为复杂。同时，频域滤波使得最大光程差降低为原来的1/7，根据傅里叶变换光谱学原理，复原光谱分辨率会降低至原来的1/7，严重影响了复原光谱分辨率。在通道调制时，由于通道间存在频谱混叠，不可能通过滤波完全去除，导致复原Stokes矢量谱中存在不可消除的误差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于偏振阵列的光谱偏振探测装置及探测方法，该装置及方法通过偏振阵列对光谱及偏振信息进行空间调制，各通道位于不同的空间位置，不存在通道混叠的问题，同时各通道分别占有最大光程差，保持了仪器原有的光谱分辨率，从而可以在保持干涉型光谱仪原有分辨率的同时，通过单次测量来精确复原出Stokes矢量，解决了常规序列测量方法时间及空间失配的问题，可以实时测量快速变化的目标，同时克服了强度调制测量Stokes矢量谱的方法中复原光谱分辨率严重降低以及复原光谱存在误差的缺点。
[0005]为达到上述目的，本发明所述的基于偏振阵列的光谱偏振装置沿入射光线的主光轴从左到右依次设有前置望远系统、延迟器阵列、偏振阵列、消色差半波片阵列、Wollaston棱镜、检偏器、成像镜组及CXD探测器。
[0006]所述延迟器阵列包括第一高阶延迟器及第二高阶延迟器，设主光轴为Z轴，构建xyz坐标系，所述xyz坐标系满足右手定则，第一高阶延迟器的快轴方向与χ轴正向的夹角为45°，第二高阶延迟器的快轴方向与χ轴正向的夹角为-45° ;偏振片阵列包括第一偏振片、第二偏振片、第三偏振片及第四偏振片，第一偏振片的透振方向、第二偏振片的透振方向、第三偏振片的透振方向及第四偏振片的透振方向与χ轴正向的夹角分别为60°、30°、-30°及-60° ;消色差半波片阵列包括第一消色差半波片、第二消色差半波片、第三消色差半波片及第四消色差半波片，所述第一消色差半波片的快轴方向、第二消色差半波片的快轴方向、第三消色差半波片的快轴方向及第四消色差半波片的快轴方向与χ轴正向的夹角分别为52.5°、37.5°、7.5°及-7.5° ,Wollaston棱镜的分束方向与χ轴平行，检偏器的透振方向与X轴正向的夹角为45° ,成像镜的物面位于Wollaston棱镜的后表面处，CCD探测器的感光面位于成像镜的像面处。
[0007]本发明所述的基于偏振阵列的光谱偏振探测方法包括以下步骤:
[0008]通过Stokes矢量描述入射光的光谱及偏振信息时，由于CXD探测器只对总光强有响应，而对光线的偏振态不敏感，因此只考虑入射光的Stl分量调制情况，入射光经前置望远系统准直后变为平行光，平行光通过延迟器阵列及偏振阵列分解为四束调制状态不同的光，四束调制状态不同光的Stl分量分别为:
[0009]
【权利要求】
1.一种基于偏振阵列的光谱偏振装置，用于静态实时获取目标的光谱和全偏振信息，其特征在于，沿入射光线的主光轴从左到右依次设有前置望远系统(I)、延迟器阵列(2)、偏振阵列(3)、消色差半波片阵列(4)、WollaSton棱镜(5)、检偏器(6)、成像镜组(7)及CXD探测器⑶； 所述延迟器阵列(2)包括第一高阶延迟器(21)及第二高阶延迟器(22)，设主光轴为Z轴，构建xyz坐标系，所述xyz坐标系满足右手定则，第一高阶延迟器(21)的快轴方向与χ轴正向的夹角为45°，第二高阶延迟器(22)的快轴方向与χ轴正向的夹角为-45° ;偏振片阵列(3)包括第一偏振片(31)、第二偏振片(32)、第三偏振片(33)及第四偏振片(34)，第一偏振片(31)的透振方向、第二偏振片(32)的透振方向、第三偏振片(33)的透振方向及第四偏振片(34)的透振方向与χ轴正向的夹角分别为60°、30°、-30°及-60° ;消色差半波片阵列(4)包括第一消色差半波片(41)、第二消色差半波片(42)、第三消色差半波片(43)及第四消色差半波片(44)，所述第一消色差半波片(41)的快轴方向、第二消色差半波片(42)的快轴方向、第三消色差半波片(43)的快轴方向及第四消色差半波片(44)的快轴方向与χ轴正向的夹角分别为52.5°、37.5°、7.5°及-7.5°，Wollaston棱镜(5)的分束方向与χ轴平行，检偏器(6)的透振方向与χ轴正向的夹角为45°，成像镜(7)的物面位于Wollaston棱镜(5)的后表面处，CCD探测器(8)的感光面位于成像镜(7)的像面处。
2.一种基于偏振阵列的光谱偏振探测方法，可静态实时获取目标的光谱和全偏振信息，其特征在于，基于权利要求1所述的装置，包括以下步骤: 通过Stokes矢量描述入射光的光谱及偏振信息时，由于CCD探测器(8)只对总光强有响应，而对光线的偏振态不敏感，因此只考虑入射光的Stl分量调制情况，入射光经前置望远系统(I)准直后变为平行光，平行光通过延迟器阵列(2)及偏振阵列(3)分解为四束调制状态不同的光，四束调制状态不同光的Stl分量分别为:
【文档编号】G01J4/00GK103954360SQ201410178519
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】张淳民, 贾辰凌, 穆廷魁, 李祺伟 申请人:西安交通大学