[发明专利]一种静态红外偏振成像光谱仪

权利要求书

1.一种静态红外偏振成像光谱仪，包括沿入射光的光轴方向依次设置的准直镜、微透镜阵列、中继成像系统和面阵探测器，其特征在于，在所述准直镜和所述微透镜阵列之间设置有偏振片阵列，所述微透镜阵列和所述中继成像系统之间设置有静态干涉系统，所述准直镜、所述偏振片阵列、所述微透镜阵列和所述静态干涉系统同轴；

所述偏振片阵列将入射光场分为四个偏振通道，所述入射光场在四个所述偏振通道内形成具有不同偏振态的四个透射光场；

所述静态干涉系统包括阶梯方向相对于分束器正交，且位于所述微透镜阵列像方焦面上的第一屋脊多级微反射镜阵列和第二屋脊多级微反射镜阵列，用于将所述透射光场形成多重偏振干涉光场，实现所述四个偏振通道内偏振干涉的同步测量。

2.根据权利要求1所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述偏振片阵列为四象限结构的微纳线栅偏振片阵列。

3.根据权利要求2所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述偏振片阵列的四个象限具有不同的偏振方向，所述偏振方向是0°、45°、90°和135°的排列组合。

4.根据权利要求1所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述微透镜阵列的微透镜单元为N×N的偶数个，每N/2×N/2个所述微透镜单元对应一个所述偏振通道，将该偏振通道的所述透射光场进行孔径分割，形成多重像场。

5.根据权利要求4所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述分束器沿所述光轴成45°方向设置，将所述微透镜阵列形成的所述多重像场进行能量均分，分别成像到所述第一屋脊多级反射镜阵列和所述第二屋脊多级微反射镜阵列上。

6.根据权利要求5所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述第一屋脊多级微反射镜阵列和所述第二屋脊多级微反射镜阵列的阶梯级数均为N，形成N×N个干涉单元，经所述第一屋脊多级微反射镜阵列和所述第二屋脊多级微反射镜阵列反射的光束在所述分束器表面进行干涉，形成多重偏振干涉光场。

7.根据权利要求6所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述第一屋脊多级微反射镜阵列的阶梯高度H₁小于所述入射光最小波长的1/4，用于实现有效的光谱复原；

所述第二屋脊多级微反射镜阵列的阶梯高度H₂为H₁×N/2，用于形成连续的光程差采样序列。

8.根据权利要求1所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述中继成像系统位于所述第一屋脊多级微反射镜阵列的出射光路中，用于将所述多重偏振干涉光场成像到所述面阵探测器的表面。

9.根据权利要求8所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述面阵探测器用于对所述多重偏振干涉光场进行光电转换，形成不同偏振状态、不同干涉级次的偏振干涉强度图像。

10.根据权利要求1所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述准直镜用于将目标场景发出的光准直为平行光，入射到所述偏振片阵列上。

11.根据权利要求1所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述偏振片阵列通过以下步骤制备：

步骤一、在基底上蒸镀金属层，并在所述金属层上均匀涂布光刻胶作为掩模层；

步骤二、通过电子束曝光在所述光刻胶上，光刻显影得到栅条结构；

步骤三、去除多余的所述光刻胶，得到金属线栅。

12.根据权利要求1所述的静态红外偏振成像光谱仪，其特征在于，所述微透镜阵列通过以下步骤制备：

步骤一、在基板上光刻得到圆柱形光刻胶；

步骤二、加热使所述圆柱形光刻胶融化得到球面轮廓光刻胶；

步骤三、将所述球面轮廓光刻胶的轮廓转移到所述基板上，得到尺寸均匀的所述微透镜阵列。

13.一种静态红外偏振成像光谱仪偏振光谱信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对利用如权利要求1-10任意一项获得的偏振干涉强度图像进行分割，将其分割为对应不同干涉级次的图像单元；

S2、将所述图像单元按照光程差的顺序进行排列、匹配，得到所述图像单元中每一点(x，y)的光程差δ对应的干涉强度序列I_Si(x,y,δ)，如下式：

其中，S_i表示入射光的第i个Stokes参量，i＝0，1，2，

I_S0＝I_0°+I_90°，I_S1＝I_0°-I_90°，I_S2＝I_45°-I_135°，

σ表示波数，

M表示偏光元件偏振响应的穆勒矩阵；

S3、对所述干涉强度序列进行离散傅里叶变换，就可以复原出目标场景的Stokes偏振光谱信息S_i(σ)，如下式：