高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法及系统，该系统包括准直镜、偏振光谱调制模块、分束器、第一反射系统、第二反射系统、会聚透镜以及设置于会聚透镜焦面上的探测器；准直镜、偏振光谱调制模块和分束器依次设置于同一光轴上；偏振光谱调制模块由两个相位延迟器和一个线偏振器组成；第一反射系统设置于分束器的反射光路上，经第一反射系统反射的反射光射入分束器形成第一束光；第二反射系统设置于分束器的透射光路上，经第二反射系统反射的反射光射入分束器形成第二束光；会聚透镜设置在第一束光与第二束光相重合的光路上。本发明专利技术具有可简化数据处理过程、降低误差，稳定性好且可近实时进行光谱偏振测量的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种快速获得目标光谱偏振信息的光谱偏振探测方法及实现该方法 的光谱偏振仪，尤其涉及一种高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法及系统。
技术介绍
光谱偏振仪能够获得光谱中每个谱段的偏振态，光谱偏振态的一般测量方法中需 要有由线偏振器、旋转器和相位延迟器等组成的偏振分析光学系统，为了对每一个谱段的 偏振态测量，需要对偏振分析光学系统进行多种不同的设置，并对每一种设置下的光强进 行测量，为测量光谱偏振态，光谱仪和偏振分析光学系统都要进行一个扫描过程，实时性大 大降低。进行偏振分析光学系统偏振控制的光学部件还包含旋转分析仪或弹光调制器等， 通常包含机械或主动部件，因此，仪器的稳定性大大降低。日本学者Kazuhiko Oka提出一种新型光谱偏振技术—— channeledspectropolarimetry [Kazuhiko Oka and Takayuki Kato. "Spectroscopic polarimetrywith a channeled spectrum，，· Optics Letters, Vol.24, No. 21,1475 1477(1999)，该方法是在光谱仪前方加入由两个相位延迟器和一个线偏振器组成的偏振 光谱调制模块，将全斯托克斯偏振信息调制到光谱的不同波数(波长的倒数)上去，最后通 过傅里叶变换将偏振光谱信息解调出来。这种方法的最大优点是与静态光谱仪结合时没有 运动部件，所有的光谱偏振信息能够在一次测量中获得，缺点是需要光谱仪的光谱分辨率 较高，而且在偏振光谱解调中需要进行两次傅里叶变换，运算量较大且会弓I入较多误差。在Kazuhiko Oka提出的光谱偏振测量方法的基础上，Michael W. Kudenov等人 提出采用傅里叶变换光谱技术Michael W. Kudenow，Nathan A. Hagen，Haitao Luo，et al. "Polarization acquisition using a commercial Fouriertransform spectrometer in the MWIR", Proc. of SPIE Vol. 6四5，^50AQ006)，傅里叶变换光谱技术具有高通 量和多通道的优势，更重要的是傅里叶变换光谱仪的输出干涉图直接就是入射光的傅里 叶变换，与charmeledspectropolarimetry相结合时，得到的干涉光谱数据就是经偏振光 谱调制后的光束的傅里叶变换，在数据处理中可以直接从干涉图中分离出各斯托克斯分 量，分别对其进行傅里叶变换就可以复原出输入光的全斯托克斯偏振光谱信息。Michael W. Kudenov等采用了迈克尔逊式傅里叶变换光谱仪，该光谱仪采用时间调制的方式获得光 谱，速度较慢，稳定性和实时性较差，在对光谱偏振参数迅速变化和测量速度要求高的条件 下受到了限制。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种可简化数据处理过 程、降低误差，稳定性好且可近实时进行光谱偏振测量的高速转镜傅里叶变换光谱偏振测 量方法及系统。本专利技术的技术解决方案是本专利技术提供了一种高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法，其特殊之处在于所述高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法包括以下步骤1)获取平行光束；2)对步骤1)所得平行光束进行偏振光谱调制；3)利用分束器将经偏振光谱调制的入射光分为反射光束If和透射光束It ；反射光 束；经第一反射系统后再回到分束器形成第一束光的光程；透射光束It经第二反射系统后 再回到分束器形成第二束光的光程；4)第一束光与第二束光产生光程差成为两束相干光，并形成干涉光谱图；5)将步骤4)所得到的干涉光谱图进行偏振光谱解调和傅里叶变换，复原出偏振 光谱信息。一种高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测系统，其特殊之处在于所述高速转镜傅 里叶变换光谱偏振探测系统包括准直镜、偏振光谱调制模块、分束器、第一反射系统、第二 反射系统、会聚透镜以及设置于会聚透镜焦面上的探测器；所述准直镜、偏振光谱调制模块 和分束器依次设置于同一光轴上；所述第一反射系统设置于分束器的反射光路上，经第一 反射系统反射的反射光射入分束器形成第一束光；所述第二反射系统设置于分束器的透射 光路上，经第二反射系统反射的反射光射入分束器形成第二束光；所述会聚透镜设置在第 一束光与第二束光相重合的光路上。上述偏振光谱调制模块包括第一相位延迟器、第二相位延迟器以及线偏振器；所 述第一相位延迟器、第二相位延迟器以及线偏振器依次设置于准直镜和分束器之间，并与 准直镜和分束器同处于同一光轴上。上述第一相位延迟器的快轴和慢轴组成的平面以及第二相位延迟器的快轴和慢 轴组成的平面分别垂直于光轴；所述第一相位延迟器的快轴方向与线偏振器的偏振方向一 致；所述第二相位延迟器的快轴方向相对于第一相位延迟器的快轴方向逆时针旋转45°。上述第一反射系统包括转镜、角反射体以及第一平面反射镜；所述转镜设置于分 束器的反射光路上；所述角反射体以及第一平面反射镜依次设置于转镜的反射光路上。上述第二反射系统包括第二平面反射镜；所述第二平面反射镜设置于分束器的透 射光路上。上述第一相位延迟器和第二相位延迟器均由单轴双折射晶体材料制成。上述探测器是单元探测器或红外单元探测器。上述转镜由圆柱体的斜端面构成。本专利技术具有以下优点1、提高了偏振态测量速度。本专利技术利用静态的偏振光谱调制模块将全斯托克斯偏 振态信息调制到光谱的波数上，通过光谱仪和计算机数据处理解调出光谱偏振信息，大大 提高了偏振态测量速度。2、直接对干涉光谱图进行滤波。本专利技术是光谱偏振调制与傅里叶变换光谱技术相 结合，可以直接对干涉光谱图进行滤波和傅里叶变换得到全斯托克斯光谱偏振信息。3、扫描效率高、可实现高频扫描，且稳定性好。转镜以一个圆柱体的具有一定斜度 的端面作为反射面，在电机的带动下转动，无空扫现象，扫描效率高，采用转镜式动镜，系统 运行连续，当扫描速度很高时，由于惯性的作用，旋转伺服系统仍能保持较好的稳定性。4、抗干扰能力强、应用范围广。本专利技术由于获得干涉图的时间极短，系统对振动敏感度降低，机械振动频率一般对光谱图的质量无影响，实时性好，分辨率高，工作范围宽，尤 其适用于红外光谱偏振测量，结构简单，体积小，重量轻。附图说明图1为本专利技术的结构原理示意图；图2为本专利技术实施例的结构示意图；图3为光谱偏振模块示意图；其中1-准直镜，2-第一相位延迟器，3-第二相位延迟器，4-线偏振器，5-偏振光 谱调制模块，6-分束器，7-转镜，8-电机，9-角反射器，10-平面反射镜，11-平面反射镜， 12-会聚透镜，13-探测器，14-计算机处理系统，15-前置光学系统，50-系统光轴，51-第一 相位延迟期快轴，52-第一相位延迟器慢轴，53-第二相位延迟器快轴，54-第二相位延迟器 慢轴，55-线偏振器偏振方向。具体实施例方式本专利技术提供了一种高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法，该方法包括以下步 骤1)获取平行光束；2)对步骤1)所得平行光束进行偏振光谱调制；3)利用分束器将经偏振光谱调制的入射光分为反射光束If和透射光束It ；反射光 束；经第一反射系统后再回到分束器形成第一束光的光程；透射光束It经第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法，其特征在于：所述高速转镜傅里叶变换光谱偏振探测方法包括以下步骤：１）获取平行光束；２）对步骤１）所得平行光束进行偏振光谱调制；３）利用分束器将经偏振光谱调制的入射光分为反射光束ＩＦ和透射光束ＩＴ；反射光束ＩＦ经第一反射系统后再回到分束器形成第一束光的光程；透射光束ＩＴ经第二反射系统后再回到分束器形成第二束光的光程；４）第一束光与第二束光产生光程差成为两束相干光，并形成干涉光谱图；５）将步骤４）所得到的干涉光谱图进行偏振光谱解调和傅里叶变换，复原出偏振光谱信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新全，张林，周锦松，胡亮，景娟娟，
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：87