一種高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光譜成像探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高空間分辨率的全斯托克斯偏 振調(diào)制成像分束器。 技術(shù)背景
[0002] 偏振成像探測能夠提供探測目標(biāo)場景的光偏振態(tài)圖像信息，可以反應(yīng)探測目標(biāo)表 面形狀、粗糙度和陰影等特性，在天文探測、軍事偵察和遙感等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 偏振信息可以用四個(gè)斯托克斯偏振參量組成的斯托克斯矢量表示?；谀吕站仃囘\(yùn)算的斯 托克斯偏振成像系統(tǒng)是主要的偏振成像方法之一。通常斯托克斯偏振成像系統(tǒng)由斯托克斯 偏振調(diào)制器件和成像系統(tǒng)組成，其中斯托克斯偏振調(diào)制器件是核心器件。
[0003] 傳統(tǒng)的偏振成像方法通常采用分時(shí)斯托克斯偏振成像，通過依次獲取多幅偏振態(tài) 圖像求解探測目標(biāo)斯托克斯偏振態(tài)信息。該方法簡單實(shí)用，能獲取高空間分辨率圖像信息， 但是在探測時(shí)間內(nèi)，必須保證探測目標(biāo)和探測器之間保持固定不動(dòng)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)探測，一些科研工作者提出了采用分振幅斯托克斯偏振成像和分焦面 斯托克斯偏振成像的方法，其中傳統(tǒng)的分振幅斯托克斯偏振成像系統(tǒng)包含多個(gè)成像系統(tǒng)和 探測器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積大；分焦面斯托克斯偏振成像方法主要用于線偏振態(tài)探測，如要進(jìn)行 全斯托克斯偏振態(tài)探測，需要制作特殊的微型焦面偏振陣列，工藝復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器，解 決了瞬態(tài)全偏振成像探測的問題。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成 像分束器，其特征在于：包括沿入射光方向依次放置的部分偏振分光棱鏡、高反鏡、第一相 位延遲器、第二相位延遲器和Wollaston棱鏡；所有光學(xué)元件相對于儀器底座平面同軸等 高；部分偏振分光棱鏡透過80 %的p波和20 %的s波，反射20 %的p波和80 %的s波；第 一相位延遲器為1/4波片，快軸與透射p光偏振方向的夾角為45° ;第二相位延遲器為1/2 波片，快軸與透射P光偏振方向的夾角為22. 5° ;
[0007] 光源發(fā)出的光束經(jīng)部分偏振分光棱鏡分為反射光和透射光，透射光入射至第一相 位延遲器，經(jīng)第一相位延遲器改變相位后入射至Wollaston棱鏡，Wollaston棱鏡將其剪切 分離；反射光反射至高反鏡，經(jīng)高反鏡反射至第二相位延遲器，經(jīng)第二相位延遲器改變相位 后入射至Wollaston棱鏡，Wollaston棱鏡將其剪切分離。
[0008] 所述部分偏振分光棱鏡形狀為正方體，高反鏡形狀為矩形，部分偏振分光棱鏡的 反射光出射面與高反鏡的反射面的夾角為Θ，其中30°彡Θ彡60°，且Θ辛45°。
[0009] 所述第一相位延遲器位于部分偏振分光棱鏡的透射光路上，第二相位延遲器位于 高反鏡反射光路，第一相位延遲器的出射光和第二相位延遲器的出射光，均射入Wollaston 棱鏡。
[0010] 所述第一相位延遲器和第二相位延遲器所用材料、尺寸和形狀均相同。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊輕小。
[0012] (2)單次測量便可獲得探測目標(biāo)全斯托克斯偏振信息圖像。
[0013] (3)子圖像排布呈田字形，空間分辨率高。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明放置在斯托克斯偏振成像系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖3為應(yīng)用本發(fā)明獲取的四種偏振態(tài)的子圖像模型，其中（a)為部分偏振分光棱 鏡的反射光出射面與高反鏡的反射面的夾角Θ〈45°時(shí)的子圖像排布圖；(b)為部分偏振 分光棱鏡的反射光出射面與高反鏡的反射面的夾角Θ>45°時(shí)的子圖像排布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0018] 結(jié)合圖1，一種高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器，包括沿入射光 方向依次放置的部分偏振分光棱鏡1、高反鏡2、第一相位延遲器3、第二相位延遲器4和 Wollaston棱鏡5。所有光學(xué)元件相對于儀器底座平面同軸等高；部分偏振分光棱鏡1透 過80 %的p波和20 %的s波，反射20 %的p波和80 %的s波；第一相位延遲器3為1/4波 片，快軸與透射光偏振方向的夾角為45° ;第二相位延遲器4為1/2波片，快軸與透射光偏 振方向的夾角為22. 5°。
[0019] 進(jìn)一步地，所述部分偏振分光棱鏡1形狀為正方體，高反鏡2形狀為矩形，部分偏 振分光棱鏡1的反射光出射面與高反鏡2的反射面的夾角為Θ，其中30° <Θ<60°，且 Θ乒 45°。
[0020] 進(jìn)一步地，所述第一相位延遲器3位于部分偏振分光棱鏡1的透射光路上，第二相 位延遲器4位于高反鏡2反射光路，第一相位延遲器3的出射光和第二相位延遲器4的出 射光，均射入Wollaston棱鏡5〇
[0021] 進(jìn)一步地，所述第一相位延遲器3和第二相位延遲器4所用材料、尺寸和形狀均相 同。
[0022] 結(jié)合圖1，光源發(fā)出的光束進(jìn)入部分偏振分光棱鏡1后透過80%的p波和20%的 s波，反射20%的p波和80 %的s波，80 %的p波和20%s波進(jìn)入第一相位延遲器3后相 位改變90度進(jìn)入Wollaston棱鏡5,最后經(jīng)過后置成像系統(tǒng)在探測器上形成第一子圖像1 和第三子圖像3 ;20%的p波和80%的s波在部分偏振分光棱鏡1中反射，經(jīng)高反鏡2反射 進(jìn)入第二相位延遲器4后，相位改變180度進(jìn)入Wollaston棱鏡5,最后經(jīng)過后置成像系統(tǒng) 在探測器上形成第二子圖像2和第四子圖像4。
[0023] 結(jié)合圖2,本發(fā)明所述的高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器放置在 前置準(zhǔn)直系統(tǒng)和成像系統(tǒng)之間，成像系統(tǒng)與成像探測器連接，可實(shí)現(xiàn)同步引入四組偏振態(tài) 信息。其中前置準(zhǔn)直系統(tǒng)用于將來自探測目標(biāo)的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，成像系統(tǒng)用于將經(jīng)過全斯 托克斯偏振成像的分束器調(diào)制的四束平行光束成像在其后焦面處的成像探測器上面。
[0024] 結(jié)合圖3,探測器獲取的圖像包含探測目標(biāo)的四個(gè)子圖像，子圖像排布呈田字形， 空間分辨率尚。每個(gè)子圖像對應(yīng)一種偏振狀態(tài)。當(dāng)θ〈45 °時(shí)，子圖像排布如圖3a;當(dāng)Θ>45°時(shí)，子圖像排布如圖3b。
[0025] 本發(fā)明應(yīng)用于全斯托克斯偏振成像系統(tǒng)中獲取偏振信息的步驟為：將本發(fā)明所述 的高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器放置在全斯托克斯偏振成像系統(tǒng)的前 置準(zhǔn)直系統(tǒng)和成像系統(tǒng)之間，光源發(fā)出的光束經(jīng)前置準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直后入射至部分偏振分光 棱鏡1，部分偏振分光棱鏡1透過80 %的p波和20 %的s波，反射20 %的p波和80 %的s 波，80 %的p波和20 %s波進(jìn)入第一相位延遲器3后相位改變90度進(jìn)入Wo1laston棱鏡5， 最后經(jīng)過后置成像系統(tǒng)在探測器上形成第一子圖像1和第三子圖像3。20%的p波和80% 的s波在部分偏振分光棱鏡1中反射，經(jīng)高反鏡2反射進(jìn)入第二相位延遲器4后，相位改變 180度進(jìn)入Wollaston棱鏡5,最后經(jīng)過后置成像系統(tǒng)在探測器上形成第二子圖像2和第四 子圖像4。最后在探測器上可以同時(shí)探測到四個(gè)子圖像，即同時(shí)獲取同一物點(diǎn)對應(yīng)四個(gè)不同 的偏振態(tài)光強(qiáng)信息，能夠同時(shí)探測目標(biāo)的全斯托克斯偏振信息。
[0026] 準(zhǔn)直光束通過高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器后形成四路光束， 每路光束的偏振分析如下：

[0031] 探測器只能探測到以上四個(gè)矩陣的第一行：
[0032] APathl= [0· 25 0· 15 0 -0· 2]
[0033] APath2= [0. 25 0. 15 0 0. 2]
[0034] APath3= [0. 25 0. 15 0. 2 0]
[0035] APath4= [0· 25 0· 15 -0· 2 0]
[0036] 把上面四個(gè)矢量組成一個(gè)4X4的測量矩陣：
[0038] 矩陣A的逆矩陣為：

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器，其特征在于：包括沿入射光 方向依次放置的部分偏振分光棱鏡（1)、高反鏡（2)、第一相位延遲器（3)、第二相位延遲器 (4)和Wollaston棱鏡（5);所有光學(xué)元件相對于儀器底座平面同軸等高；部分偏振分光棱 鏡（1)透過80 %的p波和20 %的s波，反射20 %的p波和80 %的s波；第一相位延遲器 (3) 為1/4波片，快軸與透射p光偏振方向的夾角為45° ;第二相位延遲器（4)為1/2波 片，快軸與透射P光偏振方向的夾角為22. 5° ; 光源發(fā)出的光束經(jīng)部分偏振分光棱鏡（1)分為反射光和透射光，透射光入射至第一相 位延遲器（3)，經(jīng)第一相位延遲器（3)改變相位后入射至Wollaston棱鏡（5)，Wollaston棱 鏡（5)將其剪切分離；反射光反射至高反鏡（2)，經(jīng)高反鏡（2)反射至第二相位延遲器（4)， 經(jīng)第二相位延遲器（4)改變相位后入射至Wollaston棱鏡（5)，Wollaston棱鏡（5)將其剪 切分離。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器，其特征 在于：所述部分偏振分光棱鏡（1)形狀為正方體，高反鏡（2)形狀為矩形，部分偏振分光 棱鏡（1)的反射光出射面與高反鏡（2)的反射面的夾角為Θ，其中30° <Θ< 60°，且 Θ乒 45°。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器，其特征在 于：所述第一相位延遲器（3)位于部分偏振分光棱鏡（1)的透射光路上，第二相位延遲器 (4) 位于高反鏡（2)反射光路，第一相位延遲器（3)的出射光和第二相位延遲器（4)的出射 光，均射入Wollaston棱鏡（5) 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器，其特 征在于：所述第一相位延遲器（3)和第二相位延遲器（4)所用材料、尺寸和形狀均相同。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高空間分辨率的全斯托克斯偏振調(diào)制成像分束器，包括沿入射光方向依次放置的部分偏振分光棱鏡、高反鏡、第一相位延遲器、第二相位延遲器和Wollaston棱鏡。所有光學(xué)元件相對于儀器底座平面同軸等高；部分偏振分光棱鏡透過80％的p波和20％的s波，反射20％的p波和80％的s波；第一相位延遲器為1/4波片，快軸與透射p光偏振方向的夾角為45°；第二相位延遲器為1/2波片，快軸與透射p光偏振方向的夾角為22.5°。本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊輕小，單次測量便可獲得探測目標(biāo)全斯托克斯偏振信息圖像，且子圖像排布呈田字形，空間分辨率高。
【IPC分類】G02B27/28, G01J3/02
【公開號(hào)】CN105404014
【申請?zhí)枴緾N201510990084
【發(fā)明人】李建欣, 柏財(cái)勛, 周建強(qiáng), 沈燕
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月24日