[发明专利]基于半阶梯半平面相位反射镜的红外偏振干涉成像光谱仪

说明书

基于半阶梯半平面相位反射镜的红外偏振干涉成像光谱仪，涉及红外偏振成像光谱测量仪器技术领域，解决现有目标场景中偏振信息、图像信息和光谱信息的同时获取以及偏振成像光谱仪器的微小型化和集成化问题，包括准直镜、四通道偏振器、四通道成像镜、分束器、两个半阶梯半平面相位反射镜、中继成像镜和面阵探测器，通过四通道偏振器、四通道成像镜与两个半阶梯半平面相位反射镜之间的光场耦合实现成像光场偏振与干涉的联合调制，从而获取目标场景的四通道偏振干涉图像，通过一次扫描即可同时获取目标场景的偏振、图像和光谱信息，具有微小型、轻量化、结构简单、集成度高、测量速度快、信息量多等优点。

技术领域

本发明涉及红外偏振成像光谱测量仪器技术领域中的一种红外偏振干涉成像光谱仪，具体涉及一种利用四通道偏振器、四通道成像镜和半阶梯半平面相位反射镜对光场进行偏振调制、阵列成像与分布式相位调制以实现偏振像场干涉的四通道微小型红外偏振干涉成像光谱仪。

背景技术

图像特征、光谱特征和偏振特征是人们识别物质的重要手段，对目标图像、光谱和偏振特征的有效探测大大提高了人们认识世界的能力。图像特征探测用于记录物体的位置和强度信息，光谱特征探测根据不同物质所特有的发射、反射、透射光谱可以获取与波长有关的信息，偏振特征探测可以获取与物体表面结构、表面粗糙度等特性密切相关的偏振信息。随着科学与工程技术的发展，现代测量仪器趋于发展偏振、光谱和图像三位一体的多模式探测能力，即在一台仪器上集成偏振、光谱和图像测量功能，对同一目标的偏振、光谱和图像信息进行同时探测，从而全方面评估目标属性，为人们正确认知物质世界提供更加有力的手段，同时在丰富目标信息的基础上简化系统结构，提高系统稳定性。偏振成像光谱技术在空间探测、大气遥感、地球遥感、机器视觉及生物医学等领域都具有极其重要的使用价值，因此结合偏振图谱测量功能的偏振成像光谱仪器具有十分广阔的应用前景。

由于图像信息为二维的位置光强信息，光谱信息为一维的波长功率谱信息，偏振信息用斯托克斯矢量表示为四维信息，因此偏振成像光谱仪需要获取的是多个维度的数据信息。但是探测器是二维的测量器件，如何利用二维的探测器件获取多个维度的目标信息，是目前偏振成像光谱探测技术领域需要具体解决的问题。目前红外偏振成像光谱探测技术中普遍使用的红外偏振成像光谱仪都是采用在扫描型红外成像光谱仪中插入偏振片，通过偏振片的旋转获取目标场景不同偏振态的图谱数据。由于红外成像光谱仪中含有光谱扫描机构，在每一个偏振状态都需要对光谱进行一次扫描，完成一次光谱扫描后偏振片旋转到下一个偏振状态，再进行下一个偏振态的光谱扫描。光谱扫描和偏振片旋转两个运动机构，不仅增加了系统的体积和重量，同时增加了系统数据获取的时间。

发明内容

本发明为解决现有红外偏振成像光谱仪系统体积笨重，增加了系统数据获取的时间进而导致效率低等问题，提供一种基于半阶梯半平面相位反射镜的红外偏振干涉成像光谱仪。

为了实现本发明的以上目的，本发明的技术方案如下：

基于半阶梯半平面相位反射镜的红外偏振干涉成像光谱仪，包括准直镜、四通道偏振成像系统、干涉系统、中继成像镜和面阵探测器，所述四通道偏振成像系统包括四通道偏振器和四通道成像镜，所述干涉系统包括分束器和两个半阶梯半平面相位反射镜；携带目标偏振图谱信息的入射光经准直镜后出射平行光，所述平行光经四通道偏振器调制为四个不同的偏振状态后在四通道成像镜的像方焦面上形成偏振像场阵列；

所述分束器将偏振像场阵列进行强度等分后分别投射到两个半阶梯半平面相位反射镜上，形成两个相干的偏振像场阵列，所述两个半阶梯半平面相位反射镜分别对偏振像场阵列中各偏振像场单元以空间分布形式进行相位量调制后返回分束器，并经中继成像镜后在面阵探测器上获得四个偏振态的干涉图像；

所述两个半阶梯半平面相位反射镜中的一个半阶梯半平面相位反射镜的平面区域与阶梯区域的最高阶梯同高，以其平面区域为基准，阶梯区域以高度差h逐级递减；另一个半阶梯半平面相位反射镜的平面区域与阶梯区域的最低阶梯同高，以其平面区域为基准，阶梯区域以高度差h逐级递增；