[发明专利]图像、高分辨率强度光谱与线偏振光谱探测装置和方法

说明书

本发明公开了一种图像、高分辨率强度光谱与线偏振光谱探测装置及方法，该装置沿入射光线的主光轴从左到右依次设有望远系统、消色差四分之一波片、延迟器、Wollaston棱镜、Savart偏光镜、延迟器、检偏器、成像镜及CCD探测器。所述望远系统由第一透镜、视场光阑和第二透镜组成；所述视场光阑设置于第一透镜和第二透镜之间的主光轴上。本发明可以通过单次测量获取与仪器光谱分辨率一致的强度光谱与全部的线偏振光谱信息，较传统通道光谱偏振技术使复原的强度光谱与线偏振光谱均不受串扰的影响，复原结果更加精确并且光谱分辨率了提高3‑7倍。

技术领域

本发明属于偏振态测量技术领域，涉及获取图像、线偏振与光谱的装置及方法，尤其是一种图像、高分辨率强度光谱与线偏振光谱探测装置和方法。

背景技术

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。成像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。尤其是干涉型成像光谱偏振仪(InterferenceSpectropolarimeter,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。

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等提出的通道光谱偏振技术，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。然而该方法在复原强度光谱与偏振光谱时需要进行通道滤波，该过程使得最大光程差降低为原来的1/7或者1/3，根据傅里叶变换光谱学原理，复原强度光谱与偏振光谱的分辨率会降低至原来的1/7或者1/3，严重影响了复原光谱分辨率。在通道调制时，由于强度光谱通道与偏振光谱通道间存在较为严重的频谱混叠，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

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种图像、高分辨率强度光谱与线偏振光谱探测装置和方法，其能够解决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。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种图像、高分辨率强度光谱与线偏振光谱探测装置：该装置沿入射光线的主光轴从左到右依次设有用于准直的望远系统、消色差四分之一波片、第一延迟器、Wollaston棱镜、Savart偏光镜、第二延迟器、检偏器、成像镜及CCD探测器。入射光经望远系统准直后变为平行光，平行光依次通过消色差四分之一波片、第一延迟器、Wollaston棱镜、Savart偏光镜、第二延迟器、检偏器和成像镜，最终在CCD探测器上获取到两幅双通道干涉图。

所述望远系统由第一透镜、视场光阑和第二透镜组成；所述视场光阑设置于第一透镜和第二透镜之间的主光轴上。

进一步，构建满足右手定则的xyz坐标系，主光轴为z轴，所述消色差四分之一波的快轴方向与x轴正向的夹角为0°；所述延迟器的快轴方向与x轴正向的夹角为45°；Wollaston棱镜的光轴分别位于yz与xz平面，光轴均与z轴垂直。Savart偏光镜左板的光轴与z轴正向成45°夹角，在xy平面内的投影与x轴正向夹角为45°；Savart偏光镜右板的光轴与z轴负向成45°夹角，在xy平面内的投影与x轴正向夹角为45°。延迟器的快轴方向与x轴正向的夹角为45°；检偏器的透振方向与y轴平行。CCD探测器的感光面位于成像镜的后焦面处。

本发明还提出一种基于以上装置的图像、高分辨率强度光谱与线偏振光谱探测方法：