[发明专利]一种图像、光谱、偏振态一体化获取装置及探测方法

权利要求书

1.一种图像、光谱、偏振态一体化获取装置，其特征在于，沿入射光的主光轴方向依次设有前置望远系统(1)、消色差波片阵列(2)、起偏器(3)、Savart偏光镜(4)、检偏器(5)、成像镜阵列(6)及CCD探测器(7)；构建xyz坐标系，所述入射光的主光轴为Z轴，所述xyz坐标系满足右手定则；所述入射光经前置望远系统(1)准直后变为平行光，平行光通过消色差波片阵列(2)及起偏器(3)分解为四束调制状态不同的光，四束调制状态不同的光经过Savart偏光镜(4)、检偏器(5)及成像镜阵列(6)后在CCD探测器(7)的四个象限区域上分别得到调制谱的干涉图；

所述消色差波片阵列(2)包括第一消色差波片(21)、第二消色差波片(22)、第三消色差波片(23)及第四消色差波片(24)；所述第一消色差波片(21)的快轴方向、第二消色差波片(22)的快轴方向、第三消色差波片(23)的快轴方向和第四消色差波片(24)的快轴方向与x轴正向的夹角分别为0°、30°、-45°和60°；

所述Savart偏光镜(4)左板的光轴位于与z轴成45°夹角，在y轴正向与x轴正向构成的平面内的投影与x轴正向成45°夹角；所述Savart偏光镜(4)右板的光轴位于与z轴成45°夹角、在y轴正向与x轴负向构成的平面内的投影与x轴正向成-45°夹角。

2.根据权利要求1所述的图像、光谱、偏振态一体化获取装置，其特征在于，所述起偏器(3)的透振方向与x轴正向的夹角为0°。

3.根据权利要求1所述的图像、光谱、偏振态一体化获取装置，其特征在于，所述检偏器(5)的透振方向与x轴正向的夹角为0°。

4.根据权利要求1所述的图像、光谱、偏振态一体化获取装置，其特征在于，所述成像镜阵列(6)包括第一成像镜(61)、第二成像镜(62)、第三成像镜(63)及第四成像镜(64)；所述CCD探测器(7)的感光面位于成像镜阵列(6)的像方焦平面上。

5.一种根据权利要求1所述图像、光谱、偏振态一体化获取装置的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据偏振光学原理，空间点(x,y)发出光束的Stokes矢量S(x,y,λ)为：

其中S₀为光束总能量，S₁为0°方向线偏振光与90°方向线偏振光强度之差，S₂为45°方向线偏振光与135°方向线偏振光强度之差，S₃为右旋圆偏振光与左旋圆偏振光强度之差，(x,y)为目标的空间坐标，σ为探测目标波数；

消色差波片的穆勒Mueller矩阵为：

其中，θ为消色差波片的快轴方向与x轴正向的夹角；

偏振器阵列的Muller矩阵为：

其中θ为偏振器的透振方向与x轴正向夹角；

入射光经望远系统1准直、消色差波片阵列2及起偏器3调制后形成偏振状态不同的四束光，其中，任一束光的偏振态均由Stokes矢量表示为[S₀ S₁ S₂ S₃]^T，任一束光的偏振态均为：

其中，θ₁为该光束对应消色差波片的快轴方向与x轴正向的夹角，θ₂为该光束对应偏振片的透振方向与x轴正向的夹角；

通过Stokes矢量描述入射光的光谱及偏振信息时，只考虑入射光的S₀分量调制情况，入射光经前置望远系统(1)准直后变为平行光，平行光通过消色差波片阵列(2)及起偏器(3)分解为四束调制状态不同的光，四束调制状态不同光的S₀分量分别为：

以上式中，σ为波数；四束调制状态不同光偏振方向与x轴正向的夹角均为0°，然后经过Savart偏光镜(4)、检偏器(5)及成像镜阵列(6)后在CCD探测器(7)的四个象限区域上分别得到调制谱的干涉图：

上式中，为Savart偏光镜(4)产生的相位差，Δ为光程差，上述四幅干涉图任取一副进行取背景低通滤波，获得目标的图像；分别对干涉图I_Path1、I_Path2、I_Path3、I_Path4进行傅里叶变换光谱复原，得及

入射光的全部Stokes参数通过及复原为：

得入射光的全部Stokes矢量谱[S₀ S₁ S₂ S₃]^T。