一种双路四通道偏振干涉成像系统及方法技术方案

本发明专利技术属于光谱成像领域，涉及一种双路四通道偏振干涉成像系统及方法，解决传统偏振成像系统可靠性低、系统复杂，调节困难以及图像分辨率低等问题，包括前置光学系统、共路型非对称Sagnac干涉仪以及偏振干涉探测系统；前置光学系统收集入射光并将其准直；共路型非对称Sagnac干涉仪输出两路干涉光；偏振干涉探测系统将两路干涉光转化为四路偏振信息不同的偏振光并成像在四个探测器上。本发明专利技术将共路型非对称的Sagnac干涉仪与偏振光学元件结合且无运动部件，不仅能够同时获得四个斯托克斯分量，而且系统中无运动元件，系统简单，提高了系统的图像分辨率、稳定性和可靠性，同时系统调节也较为方便。

【技术实现步骤摘要】
一种双路四通道偏振干涉成像系统及方法
本专利技术属于光谱成像领域，涉及一种新型双路四通道偏振干涉成像系统。
技术介绍
成像遥感作为一种获取信息的重要手段，在军、民领域都得到了广泛的应用。现有的成像遥感器件主要通过目标辐射的光谱和强度信息获取目标的理化特性。而对于地球表面和大气中的任何目标，在反射、透射、散射和吸收太阳辐射的过程中，会产生由目标本身性质所决定的偏振光谱特征。通过获取目标的偏振光谱特征得到传统方法无法获取的观测目标的新信息，可有效的提高目标检测和识别的性能。偏振探测可以获得目标偏振信息，在诸多领域有着重要的应用。近几年来，随着光学探测技术要求的进一步发展，人们对光谱分辨率、空间分辨率以及微弱信号的探测能力等技术指标要求越来越高。干涉型成像光谱技术所具有的多通道、高通量和较大视场等显著优点，使它拥有无可比拟的发展前景。随着干涉成像光谱技术的不断发展和完善以及人们对获取光学信息的信息量要求的不断增加，因此各种信息获取的技术之间出现了融合，偏振技术与干涉成像光谱技术的结合，实现了目标多维信息的获取，能够得到其图像信息、光谱信息和图像信息。对该类技术学者们已进行了大量的研究，并研制出了多种形式的偏振干涉成像光谱仪。目前该类光谱仪已广泛应用于遥感、天文、环境监测、资源勘探和生物医学等各个领域。鉴于偏振干涉成像光谱仪在实现目标多维信息的获取方面的巨大潜力，本专利技术提出了一种新型双路四通道偏振干涉成像系统。传统偏振成像系统中，为获得四个斯托克斯分量，引入了相位延迟器件并使用旋转的偏振元件，机械旋转或者电动控制都会带来振动，从而会降低系统的可靠性，而且不能同时得到四个偏振分量。近年来也有学者提出将四角锥棱镜和偏振阵列结合的偏振成像方法，以及基于微偏振阵列的光谱偏振成像方法，这两种方法都能够同时获得四个斯托克斯分量且系统中不存在运动部件，但或多或少都会存在系统复杂，调节困难以及图像分辨率降低等不足。
技术实现思路
针对传统偏振成像系统可靠性低、系统复杂，调节困难以及图像分辨率低等不足，本专利技术提出一种新型双路四通道偏振干涉成像系统，将共路型非对称的Sagnac干涉仪与偏振光学元件结合且无运动部件，不仅能够同时获得四个斯托克斯分量，而且系统中无运动元件，系统简单，提高了系统的图像分辨率、稳定性和可靠性，同时系统调节也较为方便。本专利技术的技术方案是提供一种双路四通道偏振干涉成像系统，其特殊之处在于：包括前置光学系统、共路型非对称Sagnac干涉仪以及偏振干涉探测系统；上述前置光学系统用于收集入射光并将其准直；上述共路型非对称Sagnac干涉仪包括沿光路依次设置的一个偏振分束器、三个平面反射镜和一个非偏分束器；还包括半波片和光程差标准具；上述半波片及光程差标准具均位于偏振分束器的出射光路中；上述偏振分束器用于将经前置光学系统准直后的目标光源分成两路振动方向相互垂直的S光和P光；上述半波片用于调节S光和/或P光的振动方向，使得S光和P光具有相同的振动方向；上述光程差标准具用于调节S光或P光的光程差，使得S光和P光之间产生固定的光程差；上述三个平面反射镜用于将S光和P光反射，并最终将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光反射至非偏分束器；上述非偏分束器用于将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光均反射和透射，形成两路干涉光；上述偏振干涉探测系统包括两个非偏分束器、四个成像镜、四个探测器及具有不同相位延迟的波片；上述两个非偏分束器分别用于将两路干涉光分成两束，形成四束光束；上述具有不同相位延迟的波片分别用于调节四束光束的偏振态，形成四路偏振信息不同的偏振光；上述四个成像镜分别用于将四路偏振信息不同的偏振光成像在四个探测器上。进一步地，为了保证经过偏振分束器分光之后两束光的强度基本一致，上述前置光学系统与共路型非对称Sagnac干涉仪之间设置偏振片，上述偏振片的光的振动方向与S光的振动方向的夹角为45°，其中S光为偏振分束器的反射光。进一步地，为了调节干涉条纹的周期，上述三个平面反射镜中至少有一个平面反射镜的倾斜角度可调。进一步地，上述光程差标准具的材料为单轴晶体或非晶体材料，光垂直入射至光程差标准具表面。进一步地，为了保证光束是垂直通过光程差标准具，从而能够方便的计算固定的光程差，光程差标准具应位于倾斜角度可调的平面反射镜之前。进一步地，若半波片为1个，为了使S光和P光的振动方向一致，上述半波片的快轴方向与入射光的振动方向之间的夹角为45°。进一步地，也可以在经偏振分束器后的两路出射光路中放置两个半波片，两路光均通过这两个半波片，通过设计两个半波片之间光轴的夹角以及入射光束的振动方向和半波片光轴之间的夹角使得两束光之间在不引入光程差的情况下，使得S光和P光的振动方向一致。本专利技术还提供一种双路四通道偏振干涉成像方法，包括以下步骤：步骤1、目标光源经过前置光学系统之后，入射到偏振分束器；步骤2、偏振分束器将经准直镜的目标光源分成两路振动方向相互垂直、强度一致的S光和P光；步骤3、三个平面反射镜依次将S光和P光反射，利用半波片调节S光或P光的振动方向，使得S光和P光之间在不引入光程差的情况下，具有相同的振动方向；利用光程差标准具调节S光或P光的光程，使得S光和P光之间产生固定的光程差；三个平面反射镜最终将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光反射至非偏分束器；步骤4、非偏分束器将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光均反射和透射，形成两路干涉光；步骤5、两路干涉光再次分别被两个非偏分束器(BS2和BS3)分别分成两束光，形成四束光束；四束光束通过具有不同相位延迟的波片，最终形成四路偏振信息不同的偏振光，各偏振光分别通过成像镜在探测器成像。进一步地，当前置光学系统的出射光为部分偏振光时，步骤1中还包括利用偏振片对前置光学系统的出射光调节的过程，可保证经偏振分束器的S光和P光强度一致。进一步地，步骤3中，通过调节三块平面反射镜中任意一个的倾角来改变干涉条纹的周期。进一步地，步骤3中还包括通过设计位于偏振分束器的两路出射光路中的半波片之间光轴的夹角以及入射光束的振动方向和各半波片光轴之间的夹角使得S光和P光之间在不引入光程差的情况下，振动方向保持一致的步骤。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术偏振干涉成像系统可以同时得到目标的四个偏振分量。从干涉仪出射的两路干涉光，利用非偏的分束器分别被分成了两路，再结合波片，在不损失能量的情况下同时得到了目标的四个偏振分量。与现有的偏振成像系统相比，系统中无运动部件提高了整个系统的稳定性和可靠性，且未使用偏振阵列，使得整个系统的能量利用率和调节相对简单。2、本专利技术偏振干涉成像系统中的共路型非对称的Sagnac干涉仪和传统的Sagnac干涉仪相比，非对称的结构设计使得原本返回光源的一路光束在空间上有一个位移，因此可以通过平面镜反射到后续光路中被充分利用；干涉仪中使用了偏振分束器，入射光经过起偏器之后被分为振动方向相互垂直的两束光，在光路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双路四通道偏振干涉成像系统，其特征在于：包括前置光学系统、共路型非对称Sagnac干涉仪以及偏振干涉探测系统；/n所述前置光学系统用于收集入射光并将其准直；/n所述共路型非对称Sagnac干涉仪包括沿光路依次设置的一个偏振分束器(4)、三个平面反射镜(5)和一个第一非偏分束器(6)；还包括半波片(7)和光程差标准具(8)；所述半波片(7)及光程差标准具(8)均位于偏振分束器(4)的出射光路中；/n所述偏振分束器(4)用于将经前置光学系统准直后的目标光源分成两路振动方向相互垂直的S光和P光；所述半波片(7)用于调节S光和/或P光的振动方向，使得S光和P光具有相同的振动方向；所述光程差标准具(8)用于调节S光和/或P光的光程，使得S光和P光之间产生固定的光程差；所述三个平面反射镜(5)用于将S光和P光反射，并最终将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光反射至第一非偏分束器(6)；所述第一非偏分束器(6)用于将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光均反射和透射，形成两路干涉光；/n所述偏振干涉探测系统包括两个第二非偏分束器(10)、四个成像镜(13)、四个探测器(14)及不同相位延迟的波片；所述两个第二非偏分束器(10)分别用于将两路干涉光分成两束，形成四束光束；所述不同相位延迟的波片分别用于调节四束光束的偏振态，形成四路偏振信息不同的偏振光；所述四个成像镜(13)分别用于将四路偏振信息不同的偏振光成像在四个探测器(14)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双路四通道偏振干涉成像系统，其特征在于：包括前置光学系统、共路型非对称Sagnac干涉仪以及偏振干涉探测系统；
所述前置光学系统用于收集入射光并将其准直；
所述共路型非对称Sagnac干涉仪包括沿光路依次设置的一个偏振分束器(4)、三个平面反射镜(5)和一个第一非偏分束器(6)；还包括半波片(7)和光程差标准具(8)；所述半波片(7)及光程差标准具(8)均位于偏振分束器(4)的出射光路中；
所述偏振分束器(4)用于将经前置光学系统准直后的目标光源分成两路振动方向相互垂直的S光和P光；所述半波片(7)用于调节S光和/或P光的振动方向，使得S光和P光具有相同的振动方向；所述光程差标准具(8)用于调节S光和/或P光的光程，使得S光和P光之间产生固定的光程差；所述三个平面反射镜(5)用于将S光和P光反射，并最终将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光反射至第一非偏分束器(6)；所述第一非偏分束器(6)用于将具有相同振动方向、固定光程差的S光和P光均反射和透射，形成两路干涉光；
所述偏振干涉探测系统包括两个第二非偏分束器(10)、四个成像镜(13)、四个探测器(14)及不同相位延迟的波片；所述两个第二非偏分束器(10)分别用于将两路干涉光分成两束，形成四束光束；所述不同相位延迟的波片分别用于调节四束光束的偏振态，形成四路偏振信息不同的偏振光；所述四个成像镜(13)分别用于将四路偏振信息不同的偏振光成像在四个探测器(14)。


2.根据权利要求1所述的双路四通道偏振干涉成像系统，其特征在于：所述前置光学系统与共路型非对称Sagnac干涉仪之间设置偏振片(3)，所述偏振片(3)的偏振方向与S光的振动方向的夹角为45°，其中S光为偏振分束器的反射光。


3.根据权利要求2所述的双路四通道偏振干涉成像系统，其特征在于：所述三个平面反射镜(5)中至少有一个平面反射镜的倾斜角度可调。


4.根据权利要求3所述的双路四通道偏振干涉成像系统，其特征在于：所述光程差标准具(8)的材料为单轴晶体或非晶体材料，光垂直入射至光程差标准具表面。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莎莎，魏儒义，王鹏冲，谢正茂，刘宏，刘斌，狄腊梅，严强强，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61