[发明专利]全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉仪

说明书

技术领域

本发明属于光学遥感探测领域，涉及一种用于偏振辐射探测领域的偏振成像装置，特别涉及一种全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉仪。

背景技术

物体反射的电磁波中含有重要偏振遥感信息，不仅能用于去除背景噪声，提高对比度的表面、形貌、阴影和粗糙度等信息，还可以用于反演目标的尺寸、浓度等物理化学特性。偏振成像是一种同时获取目标空间和偏振信息先进遥感探测技术，对提高目标探测、识别及分类的效率和精准度具有一定潜力，在军事侦察、地球资源普查、环境卫生监测、自然灾害预报、大气探测、天文观测、机器视觉放生、生物医学诊断等诸多领域都将具有重要的应用价值和前景。虽然偏振成像技术是一项新型的前言遥感探测技术，但其独特的遥感探测优势已经引起国内外重要机构的重视。国外研究机构主要集中在美、日、欧等国家的重大工程项目依托单位、军方、大学等；国内研究机构目前主要有安徽光机所、西安光机所、西安交通大学等，已报道的偏振辐射探测技术各具特色。

偏振成像仪一般采用4f成像结构，或是平面镜成像结构(sagnac结构)。其按照成像技术根据光源可以分为主动成像与被动成像技术，主动成像以穆勒偏振成像为代表，其光源已知或是可控，利用探测器可以探测出目标的偏振态；被动成像一般以stokes偏振成像为代表。按照数据处理方式可以分为数据简化模式，傅里叶分析法，通道调制模式。数据简化模式是指获取的偏振信息比所需的偏振态维度大，通过对所的到的偏振信息进行数据处理获得所需要的偏振态；而傅里叶分析法是通过旋转波片获得关于旋转进步角的光强的傅里叶级数表达式，最后经过公式变换获得斯托克斯参量；通道调制型是将不同偏振态参数振幅调制到不同的频率上，从而对数据进行处理获得偏振态信息。按照时间又可以划分为时序性偏振成像仪，与非时序偏振成像仪。时序性主要是通过旋转偏振片获得不同的偏振态，从而进行数据处理获得所需要信息，其缺点是不能对动态目标成像；非时序又可以划分为分振幅型，分孔径型分焦平面型与通道调制型，分振幅型一般需要多个探测器，数据同步较困难，仪器体积比较大且比较复杂。分孔径型是在一个探测器上产生多幅图，分辨率较低，制作困难；分焦平面型主要空间分辨率较低；通道调制型是在单幅图像上获得偏振信息，这种类型的偏振成像仪可以在短时间获得二维空间上所有斯托克斯偏振参量信息，且制作简单等优点。本发明属于通道调制型快照偏振成像仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以瞬时获得白光条件下目标全stokes参量的偏振成像装置，其利用闪耀光栅的色散原理及sagnac光路结构得到与波长成正比的光束剪切量，通过特殊分布的四束偏振光两两干涉，最终获得由stokes参量振幅调制的干涉条纹图像，干涉条纹频率与波长成反比，与剪切量成正比，从而消除波长的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉仪，由入射光向依次设置的前置光学镜组、白光全偏振调制模块、光路方向调制镜组、偏振镜、成像透镜、面阵探测器和数据采集处理系统组成；

所述前置光学镜组由依次设置在光路上的物镜、视场光阑和准直透镜组成；

所述白光全偏振调制模块由分光镜，第一单个复色光偏振干涉单元、第二单个复色光偏振干涉单元及半波片组成；所述第一单个复色光偏振干涉单元或第二单个复色光偏振干涉单元由线栅分束镜、闪耀光栅、平面反射镜组成；其中闪耀光栅位于sagnac光路分支上，且光栅到同光路上的平面镜距离相等；半波片处于其中一个由分光镜分出的支路上，其快轴垂直于光支路且平行于纸面；

所述光路方向调节模块将光调节到一个汇聚点上，利用偏振镜获得振动方向相同的光，通过成像透镜后到达面阵探测器获得偏振参量振幅调制的图像；最后通过数据采集处理系统，分别获得不同stokes参量对应二维图像。

进一步，上述物镜为望远物镜、显微物镜或普通物镜。

进一步，利用第一单个复色光偏振干涉单元和第二单个复色光偏振干涉单元并联分别对由通过分束器得到的两束光进行偏振分光获得四束不在同一平面的光。

进一步，两个闪耀光栅分别处于sagnac的线栅分束器形成的反射支路与透射支路上，且两个闪耀光栅与相应支路上的反射镜距离相等，反射镜与透射反射光线夹角为67.5度。

进一步，闪耀光栅为透射式二元光学元件的极限情况，衍射光栅锯齿厚度近似为中心波长与光栅材料与环境折射率差，且能获得一级衍射光。

进一步，通过第一单个复色光偏振干涉单元或者第二单个复色光偏振干涉单元的光具有横向剪切作用，剪切量与波长成正比。