一種同步偏振成像分束器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種同步偏振成像分束器，包括部分偏振分光棱鏡、第一反射棱鏡、λ/4波片、λ/2波片、第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡和第二反射棱鏡；λ/4波片和第一偏振分光棱鏡依次設(shè)置在部分偏振分光棱鏡的透射光路上，第一反射棱鏡位于部分偏振分光棱鏡的反射光路上，λ/2波片和第二偏振分光棱鏡位于第一反射棱鏡的反射光路上，第二反射棱鏡包含底面和頂面腰的一個側(cè)立面位于第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡的反射光路上，且第二反射棱鏡包含底面和頂面的底邊的側(cè)立面與部分偏振分光棱鏡同側(cè)。本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊輕小，能夠在空間上實時獲取4束偏振光束，同步獲得探測目標(biāo)全Stokes偏振圖像，實現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性的偏振成像探測。
【專利說明】
-種同步偏振成像分束器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于偏振成像探測技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種同步偏振成像分束器。
【背景技術(shù)】
[0002] 偏振成像探測能夠提供探測目標(biāo)的偏振態(tài)圖像信息，在地物資源調(diào)查、大氣探測 和軍事偵察等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的偏振成像方法主要有分時Stokes偏振成 像，通過依次獲取多幅偏振態(tài)圖像求解探測目標(biāo)Stokes偏振態(tài)信息，例如基于LCVR改變延 遲量的方法、基于化C改變快軸角度的方法、基于波片旋轉(zhuǎn)偏振片固定的方法等。運些方法 在實際測量存在兩個問題，一是LCVR和化C器件采用液晶材料，工作穩(wěn)定性容易受溫度影 響，二是采用波片旋轉(zhuǎn)的方式，測量精度容易受機(jī)械結(jié)構(gòu)的運動重復(fù)性影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種同步偏振成像分束器，能夠在空間上同步獲取4束偏 振光束，進(jìn)而求解目標(biāo)Stokes偏振態(tài)信息，沒有采用液晶調(diào)控或波片旋轉(zhuǎn)的方式，避免了液 晶工作穩(wěn)定性和機(jī)械結(jié)構(gòu)運動重復(fù)性的缺點；同時將本發(fā)明分束器置于準(zhǔn)直光路中，對成 像效果不產(chǎn)生像差影響。
[0004] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:一種同步偏振成像分束器，包括部分偏振分光棱 鏡、第一反射棱鏡、A/4波片、V2波片、第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡和第二反射棱 鏡;V4波片和第一偏振分光棱鏡依次設(shè)置在部分偏振分光棱鏡的透射光路上，第一反射棱 鏡包含底面和頂面腰的一個側(cè)立面位于部分偏振分光棱鏡的反射光路上，A/2波片和第二 偏振分光棱鏡位于第一反射棱鏡的反射光路上，第二反射棱鏡包含底面和頂面腰的一個側(cè) 立面位于第一偏振分光棱鏡和第二偏振分光棱鏡的反射光路上，且第二反射棱鏡包含底面 和頂面的第=邊的側(cè)立面與部分偏振分光棱鏡同側(cè);部分偏振分光棱鏡、第一反射棱鏡、入/ 4波片、V2波片、第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡均相對于儀器底座平面同軸等高。
[0005] 入射光束經(jīng)部分偏振分光棱鏡分為第一透射光和第一反射光，第一透射光直接進(jìn) 入V4波片，改變相位后入射至第一偏振分光棱鏡，分為第二透射光和第二反射光，其中第 二透射光經(jīng)過偏振分光棱鏡后直接出射，第二反射光進(jìn)入反射棱鏡后出射;第一反射光經(jīng) 反射棱鏡反射進(jìn)入V2波片，改變相位后入射至偏振分光棱鏡，分為第=透射光和第=反射 光，其中第=透射光經(jīng)過偏振分光棱鏡后直接出射，第=反射光進(jìn)入反射棱鏡后出射;第二 透射光、第二反射光、第立透射光和第立反射光為4束不同方向不同偏振態(tài)的光束。
[0006] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點在于：
[0007] (1)能夠在空間上同步獲取4個代表不同Stokes分量信息的偏振圖像。
[000引（2)將本發(fā)明偏振成像分束器置于準(zhǔn)直光路中，不產(chǎn)生像差影響。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明同步偏振成像分束器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明同步偏振成像分束器的平面圖，其中(a)為俯視圖，（b)為主視圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明放置在Stokes偏振成像系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0012 ]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0013] 結(jié)合圖1和圖2,一種同步偏振成像分束器，包括部分偏振分光棱鏡1、第一反射棱 鏡2、A/4波片3、V2波片4、第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡6和第二反射棱鏡7; A/4 波片3和第一偏振分光棱鏡5依次設(shè)置在部分偏振分光棱鏡1的透射光路上，第一反射棱鏡2 包含底面和頂面腰的一個側(cè)立面位于部分偏振分光棱鏡1的反射光路上，V2波片4和第二 偏振分光棱鏡6位于第一反射棱鏡2的反射光路上，第二反射棱鏡7包含底面和頂面腰的一 個側(cè)立面位于第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡6的反射光路上，且第二反射棱鏡7 包含底面和頂面的底邊的側(cè)立面與部分偏振分光棱鏡1同側(cè)。部分偏振分光棱鏡1、第一反 射棱鏡2、V4波片3、V2波片4、第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡6均相對于儀器底座 平面同軸等高。
[0014] 入射光束經(jīng)部分偏振分光棱鏡1分為第一透射光和第一反射光，第一透射光直接 進(jìn)入V4波片3，改變相位后入射至第一偏振分光棱鏡5，分為第二透射光和第二反射光，其 中第二透射光經(jīng)過偏振分光棱鏡5后直接出射，第二反射光進(jìn)入反射棱鏡7后出射;第一反 射光經(jīng)反射棱鏡2反射進(jìn)入V2波片4，改變相位后入射至偏振分光棱鏡6，分為第S透射光 和第=反射光，其中第=透射光經(jīng)過偏振分光棱鏡6后直接出射，第=反射光進(jìn)入反射棱鏡 7后出射;第二透射光、第二反射光、第=透射光和第=反射光為4束不同方向不同偏振態(tài)的 光束。
[0015] 所述部分偏振分光棱鏡1透過80%的P波和20%的S波，反射20%的P波和80%的S 波;波片3的快軸與透射P光偏振方向的夾角為45° 波片4的快軸與透射P光偏振方向 的夾角為22.5°。
[0016] 所述部分偏振分光棱鏡1、第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡6形狀均為正 方體，尺寸相同；第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡6所用材料相同。
[0017] 所述第一反射棱鏡2和第二反射棱鏡7均為等腰=棱鏡，其含底面和頂面的第=邊 的側(cè)立面均鍛制反射膜形成反射面，反射面與另兩個側(cè)立面的夾角0范圍為(45°，60°];當(dāng) 第S透射光方向與水平光軸夾角為a時，0滿足0 =a/化Ji/4。
[0018] 所述V4波片3和V2波片4所用材料、尺寸和形狀均相同。
[0019]實施例1
[0020]結(jié)合圖1，一種同步偏振成像分束器，包括部分偏振分光棱鏡1、第一反射棱鏡2、V 4波片3、V2波片4、第一偏振分光棱鏡5、第二偏振分光棱鏡6和第二反射棱鏡7。第一反射棱 鏡2上同時包含底面和頂面腰的兩個側(cè)立面，一個側(cè)立面與部分偏振分光棱鏡1的側(cè)立面相 接，另一個與V2波片4相鄰;V4波片3位于部分偏振分光棱鏡1和第一偏振分光棱鏡5之間， 且分別與部分偏振分光棱鏡1和第一偏振分光棱鏡5的側(cè)立面相接，V2波片4與第二偏振分 光棱鏡6相接，第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡6相接，A/4波片3和V2波片4相接， 部分偏振分光棱鏡1、第一反射棱鏡2、V4波片3、V2波片4、第一偏振分光棱鏡5、第二偏振 分光棱鏡6均相對于儀器底座平面同軸等高;第二反射棱鏡7包含底面和頂面腰的一個側(cè)立 面與第一偏振分光棱鏡5和第二偏振分光棱鏡6的頂面相接，且第二反射棱鏡7包含底面和 頂面的底邊的側(cè)立面與部分偏振分光棱鏡1同側(cè)。
[0021 ]入射光束進(jìn)入部分偏振分光棱鏡1后透過80 %的P波和20 %的S波，反射20 %的P波 和80%的S波;第一透射光中P波和S波進(jìn)入V4波片3,經(jīng)過相位調(diào)制后進(jìn)入第一偏振分光棱 鏡5出射透射光，同時反射光經(jīng)第二反射棱鏡7后出射;第一反射光中P波和S波經(jīng)反射棱鏡2 反射進(jìn)入V2波片4后經(jīng)過相位調(diào)制進(jìn)入第二偏振分光棱鏡6出射透射光，同時反射光經(jīng)第 二反射棱鏡7后出射。本發(fā)明所述的同步偏振成像分束器的俯視圖和主視圖分布如圖2(a)、 2(b)所示。
[0022] 結(jié)合圖3,本發(fā)明所述的同步偏振成像分束器放置在前置準(zhǔn)直系統(tǒng)和成像系統(tǒng)之 間，可實現(xiàn)同步獲取4組偏振信息。其中前置準(zhǔn)直系統(tǒng)用于準(zhǔn)直入射光束，成像由成像物鏡 和成像探測器組成，用于將經(jīng)分束器調(diào)制的四束平行光會聚成像。
[0023] 本發(fā)明應(yīng)用于全Stokes偏振成像系統(tǒng)中獲取偏振信息的步驟為:將本發(fā)明所述的 同步偏振成像分束器放置在前置準(zhǔn)直系統(tǒng)和成像系統(tǒng)之間，目標(biāo)發(fā)出的入射光束經(jīng)前置準(zhǔn) 直系統(tǒng)準(zhǔn)直后入射至部分偏振分光棱鏡1，部分偏振分光棱鏡1透過80 %的P波和20 %的S 波，反射20 %的P波和80 %的S波，透射的80 %的P波和20 %的S波進(jìn)入V4波片3，經(jīng)過相位調(diào) 制后進(jìn)入第一偏振分光棱鏡5出射透射光，同時反射光經(jīng)第二反射棱鏡7后出射，經(jīng)過成像 物鏡后在探測器上形成兩個子圖像。部分偏振分光棱鏡1反射得到的20%的P波和80%的S 波經(jīng)反射棱鏡2反射后進(jìn)入V2波片4,經(jīng)過相位調(diào)制進(jìn)入第二偏振分光棱鏡6出射透射光， 同時反射光經(jīng)第二反射棱鏡7后出射，經(jīng)成像物鏡后在探測器上形成另兩個子圖像。因此探 測器上同時探測得到四個具有不同偏振態(tài)的子圖像。
[0024] 入射準(zhǔn)直光束通過同步偏振成像分束器后形成四束偏振光束，每路偏振光的偏振 調(diào)制傳遞巧降11、]\^、]\13、]\14^兒1為：
[0025]
[0026]
[0027]
[002引
[0029]其中，Mppbslp、MppBsi_s分別為部分偏振分光棱鏡I的透射穆勒矩陣和鏡面反射穆勒 矩陣，Mrp為反射棱鏡2的反射穆勒矩陣，Mqwp為V4波片3的穆勒矩陣、Mhwp為V2波片4的穆勒 矩陣，Mpbsi_p、Mpbsi_s分別為第一偏振分光棱鏡5的透射穆勒矩陣和鏡面反射穆勒矩陣， MpBS2_p、MpBS2_s分別為第二偏振分光棱鏡6的透射穆勒矩陣和鏡面反射穆勒矩陣。
[0030] 探測器只能探測到W上四個矩陣的第一行，將四個矢量組成一個4X4的測量矩陣 為：
[0031]
[0032] 矩陣A的逆矩陣為A-1，令Stokes矢量）
，探測器獲得的強(qiáng)度天
，則有：
[0033] S=A-I ? I
[0034] 因此，通過測量4束偏振光的強(qiáng)度即可同步獲得Stokes偏振分量信息，實現(xiàn)高精 度、高穩(wěn)定性的偏振成像探測，且本發(fā)明偏振成像分束器置于準(zhǔn)直光路中，不產(chǎn)生像差影 響。
【主權(quán)項】
1. 一種同步偏振成像分束器，其特征在于:包括部分偏振分光棱鏡（1)、第一反射棱鏡 (2)、λ/4波片(3)、λ/2波片(4)、第一偏振分光棱鏡(5)、第二偏振分光棱鏡(6)和第二反射棱 鏡(7) ;λ/4波片（3)和第一偏振分光棱鏡(5)依次設(shè)置在部分偏振分光棱鏡（1)的透射光路 上，第一反射棱鏡(2)包含底面和頂面腰的一個側(cè)立面位于部分偏振分光棱鏡（1)的反射光 路上，λ/2波片(4)和第二偏振分光棱鏡(6)位于第一反射棱鏡(2)的反射光路上，第二反射 棱鏡(7)包含底面和頂面腰的一個側(cè)立面位于第一偏振分光棱鏡(5)和第二偏振分光棱鏡 (6)的反射光路上，且第二反射棱鏡(7)包含底面和頂面的底邊的側(cè)立面與部分偏振分光棱 鏡（1)同側(cè);部分偏振分光棱鏡（1)、第一反射棱鏡(2 )、λ/4波片(3 )、λ/2波片(4 )、第一偏振 分光棱鏡(5)、第二偏振分光棱鏡(6)均相對于儀器底座平面同軸等高； 入射光束經(jīng)部分偏振分光棱鏡（1)分為第一透射光和第一反射光，第一透射光直接進(jìn) 入V4波片（3)，改變相位后入射至第一偏振分光棱鏡(5)，分為第二透射光和第二反射光， 其中第二透射光經(jīng)過偏振分光棱鏡(5)后直接出射，第二反射光進(jìn)入反射棱鏡(7)后出射； 第一反射光經(jīng)反射棱鏡(2)反射進(jìn)入λ/2波片(4)，改變相位后入射至偏振分光棱鏡(6)，分 為第三透射光和第三反射光，其中第三透射光經(jīng)過偏振分光棱鏡(6)后直接出射，第三反射 光進(jìn)入反射棱鏡(7)后出射;第二透射光、第二反射光、第三透射光和第三反射光為4束不同 方向不同偏振態(tài)的光束。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步偏振成像分束器，其特征在于：所述部分偏振分光棱鏡 (1)透過80%的ρ波和20%的s波，反射20%的ρ波和80%的s波;λ/4波片（3)的快軸與透射ρ光偏 振方向的夾角為45° ;λ/2波片(4)的快軸與透射ρ光偏振方向的夾角為22.5°。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步偏振成像分束器，其特征在于：所述部分偏振分光棱鏡 (1)、第一偏振分光棱鏡(5)和第二偏振分光棱鏡(6)形狀均為正方體，尺寸相同；第一偏振 分光棱鏡(5 )、第二偏振分光棱鏡(6 )所用材料相同。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步偏振成像分束器，其特征在于:所述第一反射棱鏡（2)和 第二反射棱鏡(7)均為等腰三棱鏡，其含底面和頂面的底邊的側(cè)立面均鍍制反射膜形成反 射面，反射面與另兩個側(cè)立面的夾角范圍為；當(dāng)?shù)谌干涔夥较蚺c水平光軸夾角為時，滿 足。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步偏振成像分束器，其特征在于:所述λ/4波片（3)和λ/2波 片(4)所用材料、尺寸和形狀均相同。
【文檔編號】G02B27/28GK106019618SQ201610627957
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】李建欣, 沈燕, 柏財勛, 周建強(qiáng), 劉勤
【申請人】南京理工大學(xué)