[发明专利]一种基于双胶合数字编码双折射晶体薄片的结构紧凑型全斯托克斯矢量偏振成像装置

说明书

本发明公开了一种基于双胶合数字编码双折射晶体薄片的结构紧凑型全斯托克斯矢量偏振成像装置，包括：光谱滤光器(1)、成像镜头(2)、数字编码双折射晶体薄片一(3)、数字编码双折射晶体薄片二(4)、偏振片薄片(5)、光强探测器(6)。利用双折射晶体材料的双折射效应，采用微钠光学加工方法分别在两片双折射晶体薄片进行不同深度的数字编码，通过胶合方式形成一个整体，并与偏振片薄片及光强探测器集成，形成结构紧凑、功能全面的全斯托克斯矢量偏振成像装置。本发明无需使用微偏振片阵列，结构简单，加工和集成要求低，易于批量化生产；对环境要求低，性能稳定，实时性好。可广泛应用于天文偏振成像、生物组织检测和医学诊断、遥感成像及目标探测等领域。

技术领域

本发明涉及结构紧凑的全斯托克斯矢量偏振成像领域，特别涉及一种基于双胶合数字编码双折射晶体薄片的结构紧凑型全斯托克斯矢量偏振成像装置。

背景技术

偏振是光的固有属性，它反映了光的横波特性。相对于传统强度成像技术，偏振成像技术能够同时获取目标物体空间分布信息和理化信息，大大提高了目标信息量，具有传统强度成像所不具备的能力和特点。因此，偏振成像技术展现出了巨大的发展潜力，也成为国内外关注的研究和应用热点之一，广泛应用于天文观测，生物组织检测和医学诊断，大气环境和海洋监测，遥感成像，航天飞行器发动机结构缺陷检测，目标探测等重要领域。

最早出现的偏振成像装置以分时测量为主。这些偏振成像装置常常使用旋转波片(J.E.Ahmad and Y.Takakura.Error analysis for rotating active Stokes-Muellerimaging polarimeters[J].Optics Letters,2006,31:2858.)、光度调节(S.Alali,T.Yang,and I.A.Vitkin.Rapid time-gated polarimetric Stokes imaging usingphotoelastic modulators[J].Optics Letters,2013,38:2997.)或液晶空间光调制器(J.Guo,D.Ren,et al.Design and calibration of a high-sensitivity and high-accuracy polarimeter based on liquid crystal variable retarders[J].Researchin Astronomy and Astrophysics,2017,17:87.)等作为调制器件，获取不同偏振调制状态下的偏振成像结果，最终通过数据融合的方法，得到全斯托克斯矢量偏振成像结果。然而，这种分时成像结果需要至少四次不同时刻曝光的强度图像，在曝光过程中，目标物必须保持不动，应用领域受限。此外，光学部件的动态调制也带来了系统误差，制约偏振成像的性能。

为了提高偏振成像的实时性，实现对动态目标进行偏振成像，R.M.A.Azzam于1985年首次提出采用分振幅的方式，利用四个光电探测器测量目标的偏振态(R.M.A.Azzam.Arrangement of four photodetectors for measuring the state ofpolarization of light[J].Optics Letters,1985,10:309)。然而，这种结构需要将入射光分成多路子系统，并采用多个成像探测器记录多幅偏振成像数据，存在系统复杂、体积庞大、重量重、光学系统一致性差、探测器性能和参数不一致等问题，限制了这种装置的发展和应用。随后，J.D.Perreault也对上述结构进行了适当改进，采用三个Wollaston棱镜实现全斯托克斯矢量的实时探测(J.D.Perreault.Triple Wollaston-prism complete-Stokesimaging polarimeter[J].Optics Letters,2013,38:3874)，但本质上仍属于分振幅偏振成像装置，系统依然复杂，体积也很庞大，应用仍然受限。