[发明专利]一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置

说明书

本发明公开了一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，包括：入射狭缝、准直镜、浸入式光栅、偏振分束器、聚焦透镜和探测器；入射狭缝设置在准直镜前方；浸入式光栅设置在准直镜后方；偏振分束器为p级，每级偏振分束器的数量为2^p‑1个，p的取值范围为大于等于1；第一级偏振分束器设置在浸入式光栅出射光的光路上；第二至p级中的每个偏振分束器分别对应设置在上一级偏振分束器的每束出射光的光路上；聚焦透镜和探测器的数量均为2^p个，第p级偏振分束器中的每个偏振分束器的每束出射光分别经一个聚焦透镜射入一个探测器中。本发明解决了现有偏振光谱设备不能同时获取光谱偏振信息、存在运动部件以及高精度和轻量化矛盾的问题。

技术领域

本发明属于偏振光谱信息技术领域，特别涉及一种基于浸入式光栅(IG光栅，Immersed Grating)的偏振超光谱成像装置。

背景技术

目前国内外已研究提出了多种偏振光谱图像信息的获取技术方案，其主要思路是将成像光谱技术与偏振测量技术相结合，而如何实现高分辨、自适应和小型轻量化是其研究重点。成像光谱技术按照分光原理可大致分为滤光型、干涉型、色散型三种，每种类型均有其优缺点及适用范围。

基于滤光型的偏振成像光谱仪其光学系统中带有滤光元件，传统的是滤光片轮等，这类方案系统中有运动部件，光谱通道数量较少，光谱分辨率与工作效率较低，且信息非同时获取，不适合光谱与偏振快速变化的探测场合。基于AOTF(Acousto-Optic TunableFilter，声光可调谐滤波器)的偏振光谱技术具有可电调谐、自由选谱段且分辨率较高的优势，但是对于超精细光谱的应用需求而言，其光谱分辨本领相对较低，并且受器件自身因素的约束，光束接收角、系统孔径角很小，一方面导致光能利用率低，另一方面不便于后续光学系统安放。

基于干涉型的偏振成像光谱仪，分为空间调制型和时间调制型，空间调制型干涉偏振成像光谱仪因系统中存在光瞳分割或者孔径分割等结构，导致光能被分散，信号强度较弱。傅里叶变换偏振成像光谱仪作为时间调制型干涉偏振成像光谱仪的典范，其光谱分辨率高并且具有很宽的光谱覆盖范围，常应用于多种场合，但是该类光谱仪带有运动部件，动镜精度不易保证；对于运动场景探测会使图像质量下降，获得一个场景的一幅干涉图需要很长时间。

以空间色散原理为理论基础的设备，常用的色散元件有棱镜、光栅等。由于光栅具备高分辨率及宽谱段范围(从紫外到红外)的特点，应用于航空航天领域的光谱仪多采用该类分光元件。但是传统的光栅光谱仪需要有大尺寸的光学系统与之匹配，存在高精度和轻量化矛盾的问题。

目前的偏振成像光谱设备多种多样，每种方案在具备其独特优势的同时又不可避免的存在诸多问题，亟待解决的是：现有的偏振光谱设备不能同时获取光谱偏振信息、存在运动部件以及高精度和轻量化矛盾的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，以解决现有偏振光谱设备不能同时获取光谱偏振信息、存在运动部件以及高精度和轻量化矛盾的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置，包括：入射狭缝、准直镜、浸入式光栅、偏振分束器、聚焦透镜和探测器；入射狭缝设置在准直镜前方，入射光经入射狭缝能够入射入准直镜；浸入式光栅设置在准直镜后方，准直镜的出射光能够射入浸入式光栅；偏振分束器为p级，每级偏振分束器的数量为2^p-1个，p的取值范围为大于等于1；第一级偏振分束器设置在浸入式光栅出射光的光路上，浸入式光栅的出射光能够射入第一级偏振分束器；第二至p级中的每个偏振分束器分别对应设置在上一级偏振分束器的每束出射光的光路上，每个偏振分束器均能够接收到一束上一级偏振分束器的出射光；聚焦透镜和探测器的数量均为2^p个，第p级偏振分束器中的每个偏振分束器的每束出射光分别经一个聚焦透镜射入一个探测器中，探测器用于收集偏振光的信息。