[发明专利]一种基于弹光调制器和声光的光谱偏振成像装置

说明书

本发明涉及光谱成像技术领域，更具体而言，涉及一种基于弹光调制器和声光的光谱偏振成像装置，该装置无需旋转PEM、且只需单个快轴可调PEM就可实现偏振测量，系统无机械运动部件、光能利用率高；采用单个快轴可调PEM偏振调制加AOTF光谱的方法，实现高光谱偏振成像测量；通过快轴可调PEM的相位延迟幅值和快轴方向实时检测及修正的方法，快轴可调PEM实时偏振调制的检测和修正，提高偏振测量精度和系统的长效稳定性。本发明无需选择任何部件、纯电控制、采用单个PEM偏振调制实现高光谱偏振成像探测；设计快轴可调PEM偏振调制实时检测及修正的方法，提高系统偏振测量精度。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，更具体而言，涉及一种基于弹光调制器和声光的光谱偏振成像装置。

背景技术

光谱偏振成像技术是目前国际上先进的光学多维探测技术之一，该技术是一种集二维空间图像、一维光谱和一维偏振于一体的四维信号获取技术，光谱偏振成像技术和提供被测目标在空间图像、光强、光谱和偏振四个特征，大大提高被测目标的信息量。因此，在对物质进行分类、分析和识别方面有显著的优势，在大气遥感、太空探测、化学分析、生物医学诊断、国防等领域都得到了广泛的应用。

由于弹光调制器(Photoelastic Modulator,PEM)具有光谱范围宽、稳定性好、无运动部件、入射孔径大等优点，基于PEM的光谱偏振成像具有较高的潜力，但PEM的偏振调制频率较高(数十至数百kHz)，使得阵列探测器进行偏振获取存在一定困难，为此研究者采用多种偏振解调方法：1)电学同步解调法，即将CCD上每个4排象元作为一组探测单元，通过同步掩膜的办法实现每组探测单元中的每排象元一次只获得四分之一偏振调制周期信号，最后通过数据融合技术进行偏振解调，但该方法电学系统复杂，光谱分辨率低。2)美国NASA和喷气推进实验室首次将双PEM集成到成像光谱系统中，研制出新型多角度光谱偏振成像仪(Multiangle Spectropolarimetric Imager，MSPI)，主要用于气溶胶检测。通过两个PEM差频方式降低调制频率，采用阵列滤光片和阵列偏振片作为色散和检偏元件，使得系统结构紧凑、集成度高，但该系统光谱分辨率较低、光谱偏振系统复杂、成本高，只有一维图像，通过扫描实现另一维图像。3)文献《基于3PEMs和AOTF的光谱偏振成像系统及光谱修正》(张瑞等，光学学报，2016(10):55-64)公开了一种将三个PEM进行互差频偏振调制，结合AOTF实现成像的光谱偏振探测,声光可调谐滤光器(Acousto-optic tunable filter，AOTF)与传统分光元件相比，具有体积小、调谐速度快、光谱范围宽、衍射效率高等优点。采用三个调制频率略微不同的PEM，并且快轴互成45°角，将被测的I、Q和U三偏振量分别调制在三个PEM差频分量中，再通过锁相放大技术求解出I、Q和U。虽然该系统光谱分辨率高(170个光谱通道)、偏振测量精度高、控制简单，但在研究中发现，由于需要采用锁相放大技术，导致一次成像光谱偏振探测的时间很长，时间分辨率极低；且由于采用三个PEM，导致系统体积大、光能损失严重、灵敏度低、光学系统复杂。

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弹光调制器和声光的光谱偏振成像装置，通过弹光调制器PEM对被测光实现偏振调制，结合声光可调谐光谱仪AOTF光谱成像，实现目标的光谱偏振成像多维信息测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于弹光调制器和声光的光谱偏振成像装置，其特征在于：该装置包括无焦光学系统，弹光调制器PEM，检偏片，光阑，声光可调谐光谱仪，偏振片，后置成像镜头、面阵相机、电脑和检测系统，被测光依次通过无焦光学系统，弹光调制器PEM，检偏片，光阑，声光可调谐光谱仪，偏振片和后置成像镜头，成像在面阵相机，最后被电脑接收，所述弹光调制器PEM包括第一压电驱动器、第二压电驱动器和弹光晶体。

所述弹光调制器PEM快轴方向可调制。

所述弹光调制器PEM为纯驻波模式。