[发明专利]一种基于PEM的高速全偏振光谱测量装置及方法

说明书

本发明涉及光谱测量领域领域，具体涉及一种基于PEM的高速全偏振光谱测量装置及方法，该装置通过在PEM前加两个相位延迟器，再通过PEM调制获得干涉信号，该方法使得目标光Stokes参量中不同元素的干涉信号在PEM调制光程差的不同位置，实现Stokes参量各元素干涉信号的分离，实现超高速全偏振光谱测量；该方法采用PEM实现超高速的干涉信号调制，实现Stokes参量I、Q、U、V四元素光谱的高速测量，使得目标光Stokes参量中不同元素的干涉信号在PEM调制光程差的不同位置；采用PEM高速调制的特点结合光谱强度调制，实现被测光Stokes参量I、Q、U、V四元素谱的高速全偏振测量；完成一次干涉信号测量所需时间优于5μs，如果进一步提高PEM的调制频率，测量时间还可以进一步加快。

技术领域

本发明涉及光谱测量领域领域，更具体而言，涉及一种基于PEM的高速全偏振光谱测量装置及方法。

背景技术

对于地球表面和大气中的任何目标，在反射、散射和透射太阳辐射的过程中，会产生由其自身性质决定的偏振特性。通过获取目标的偏振特性可以为被观测目标提供传统方法无法获取的新信息，对所获得的信息进行综合利用，可以有效提高目标检测和识别能力。因此偏振光谱技术在环境监测、目标识别、生物医学、航空航天、太空探测等领域具有广阔的应用前景。光的偏振特性主要用Stokes参量(I,Q,U,V)^T表示，因此，对Stokes参量测量具有非常重要的意义。

弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)是基于弹光效应的调制器件，具有无机械振动、通光角孔径大、信号调制频率高(数十KHz到数百KHz)、适用波段宽(从紫外到红外)等优点。这些优点使得PEM在大视场、高灵敏度、高速、宽光谱偏振测量中具有不可比拟的优势。目前的基于PEM测偏振主要有三种：1)一次测量锁相4个不同频率分量获得Stokes参量的不同元素，但控制操作比较复杂，主要针对单色光测量，要实现偏振光谱测量需额外添加分光器件；2)双PEM差频调制测偏振，但该方法需要加入波片，速度较慢，且需要转动偏振片获得Stokes参量前三个元素的测量；3)三PEM差频调制偏振光谱测量方法，由于PEM调制频率过高，面阵探测器难以实现探测，因此采用三个PEM互差频的方式降低调制频率，该方法主要是结合声光可调谐滤波器和面阵探测器实现偏振光谱成像，但2)和3)方法调制速度都较慢(差频调制频率为数十Hz～数百Hz)，无法对运动目标和快速变化目标进行偏振光谱探测，且这两种方法只能测Stokes参量中的前三个元素(I,Q,U)，无法获得V。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种基于PEM的高速全偏振光谱测量装置及方法

通过PEM调制获得干涉信号，该方法使得目标光Stokes参量中不同元素的干涉信号在PEM调制光程差的不同位置，实现Stokes参量各元素干涉信号的分离；由于PEM调制频率很高(数十KHz到数百KHz)，因此该方法可实现超高速全偏振光谱测量。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于PEM的高速全偏振光谱测量装置，该装置包括第一相位延迟器、第二相位延迟器、偏振器、弹光调制器PEM、检偏器和探测器组成，入射光依次通过第一相位延迟器、第二相位延迟器、偏振器、弹光调制器PEM、检偏器和探测器；所述弹光调制器PEM包括第一压电驱动器、弹光调制晶体和第二压电驱动器。

所述第一相位延迟器与第二相位延迟器为双折射晶体材料加工而成，所述探测器为高速光电探测器。

第一相位延迟器、第二相位延迟器、偏振器、弹光调制器PEM和检偏器参考方向夹角分别为45°、0°、45°、0°、-45°，偏振器的偏振方向与检偏器的偏振方向相互垂直。