[发明专利]快照式紧凑小型化光场成像全偏振光谱探测装置及方法

权利要求书

1.快照式紧凑小型化光场成像全偏振光谱探测装置，其特征在于，包括物镜(1)、光场调制单元(2)、微光学阵列(3)、面阵探测器(4)和数据采集处理显示系统(5)；

物镜(1)、光场调制单元(2)、微光学阵列(3)和面阵探测器(4)沿入射光向依次设置；

光场调制单元(2)置于物镜(1)的孔径光阑位置，微光学阵列(3)置于物镜(1)的像面位置，面阵探测器(4)置于微光学阵列(3)的后焦面上，并与数据采集处理显示系统(5)相连；

光场调制单元(2)包含偏振调制模块(21)和光谱滤光片阵列(22)；偏振调制模块包含沿入射光方向依次放置的第一双楔形延迟板(211)、第二双楔形延迟板(212)和线偏振器(213)；

第一双楔形延迟板(211)与第二双楔形延迟板(212)的材料相同，厚度不同，它们的楔角所在平面相互平行；

第一双楔形延迟板(211)包含两个楔角相同方向相反的楔形，两个楔形的快轴方向分别与线偏振器(213)的偏振方向成45度和135度角；第二双楔形延迟板(212)包含两个楔角相同方向相反的楔形，两个楔形的快轴方向分别与线偏振器(213)的偏振方向成0度和90度角；

光谱滤光片阵列(22)包含多个不同中心波长的窄带滤光片或者线性渐变滤光片，光谱调制方向与第一双楔形延迟板(211)的楔角所在平面正交；

微光学阵列(3)是微透镜阵列或者微孔径阵列或者微光纤阵列或者微二元光学阵列；

第一双楔形延迟板(211)、第二双楔形延迟板(212)、线偏振器(213)和光谱滤光片阵列(22)均紧贴着先后放置。

2.权利要求1所述的快照式紧凑小型化光场成像全偏振光谱探测装置的探测方法，其特征在于，包括：

二维空间目标中的任意一点发出一束光进入物镜(1)，经过光场调制单元(2)进行偏振与光谱调制后，形成各方向携带不同偏振和光谱信息的光束，然后该光束聚于物镜(1)像面处的微光学阵列(3)上，接着透过微光学阵列(3)继续传输，在其后焦面上形成携带不同光学信息的分离像点阵列，数据采集处理显示系统(5)控制面阵探测器(4)快照一帧携带不同偏振和光谱信息的像点阵列图像，经过提取和处理该帧图像数据得到被测二维目标的空间形貌、一维光谱、全Stokes偏振参数三方面的信息。

3.权利要求2所述的探测方法，其特征在于，经过光场调制单元(2)的光束分成沿水平方向分布光线和沿竖直方向分布光线；沿水平方向分布光线首先被偏振调制模块(21)进行空间渐变的偏振调制，然后被光谱滤光片阵列(22)进行空间不变的光谱调制，出射光线具有相同的波长；沿竖直方向分布光线首先被偏振调制模块(21)进行空间不变的偏振调制，然后被光谱滤光片阵列(22)进行空间渐变的光谱调制，出射光线具有不同的波长。

4.权利要求3所述的探测方法，其特征在于，对面阵探测器获取的相同波长下不同δ值的分离像点阵列进行傅里叶分析或者最小二乘求解，得到目标点在该波长下的全Stokes偏振参数图像；对每一波长都做相同处理，得到目标点的全Stokes偏振参数光谱图像；对所有目标点对应的分离像点阵列都做相同的处理，得到二维空间目标的全Stokes偏振参数光谱图像。

5.权利要求2所述的探测方法，其特征在于，第二双楔形延迟板(212)的厚度和第一双楔形延迟板(211)的厚度之比决定着出射光线的光强表达式；当第二双楔形延迟板(212)的厚度是第一双楔形延迟板(211)的两倍时，出射光线的光强表达式为：

式中，(u,v)是光线入射到光场调制单元(2)上的空间坐标位置，λ是波长，S₀，S₁，S₂，S₃是目标光的四个Stokes偏振参数，θ是线偏振器(213)与水平方向的夹角，它取使式中每个Stokes偏振参数所乘系数不为零的任意一个值，δ是第一双楔形延迟板(211)中单个楔形引起的相位延迟。