一种基于磁旋光和aotf的偏振光谱成像测量结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种基于磁旋光和A0TF的偏振光谱成像测量结构，属于偏振光谱成像测 量结构技术领域。
【背景技术】
[0002] 偏振光谱成像测量技术是将偏振信息、光谱、空间信息同时获得的一种技术。其中 偏振探测能提供强度探测无法提供的更多信息，偏振探测有提高目标对比度、降低散射、提 供各种形状方向信息的特点，利用目标与背景的偏振信息的不同，可以在复杂背景下更好 的探测目标，提高识别目标的准确度。因此偏振光谱成像测量技术在环境检测、生物医学、 工农业和天文等领域有非常重要的应用前景。由于Stokes参量既可以表示全偏振光，也可 表不部分偏振光和非偏振光，因此偏振特性主要用Stokes参量S = (I，Q，U，^/^表不，其 中，I表不光的总强度，Q表不光的0°和90°方向线偏振分量的强度差，U表不光在45° 和135°方向线偏振分量的强度差，V表不光的右旋圆偏振分量与左旋圆偏振分量的强度 差。自然界中主要是部分偏振光和非偏振光，且含圆偏振信息（V)很少，因此偏振测量主要 是对Stokes参量中的I、Q和U的测量。
[0003] 现有的偏振光谱测量主要以下两种：一、通过旋转滤光片和偏振片来测得不同波 长下的I、Q和U，再有阵列探测器及数据处理最终实现偏振光谱成像，该方法虽然结构简 单，但需要转动部件，并且光谱分辨率较低；二、通过声光可调谐滤光片（Acousto-Optic Tunable Filter，AOTF)和液晶可调谐滤光片（Liquid Crystal Tunable Filter，LCTF)代 替传统的滤光片，光谱分辨率较滤光片有所提高，通过转动或加其他部件（如液晶调制器） 实现偏振光谱成像，但该方法也需要旋转部件或采用多个阵列光电探测器来实现，结构复 杂。
[0004] 因此，有必要对现有技术进行改进。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术中所存在的不足，提供一种基于磁旋光和AOTF的偏振光谱成 像测量结构，该结构完全通过电脑控制磁旋光线圈电压和AOTF的驱动频率实现偏振光谱 成像，无运动部件，且只需一个面阵列光电探测器。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种基于磁旋光和AOTF的偏振光谱成像测量结构，包括前置望远准直光学模块、 磁制旋光调制器、A0TF、挡光板、成像光学模块、面阵列光电探测器和控制电脑，所述前置望 远准直光学模块、磁制旋光调制器、A0TF、挡光板、成像光学模块和面阵列光电探测器依次 放置，所述面阵列光电探测器与控制电脑连接。
[0008] 所述磁制旋光调制器包括磁旋光晶体、线圈、绝缘线圈壳和电源，所述绝缘线圈壳 包覆于磁旋光晶体上，所述线圈缠绕在绝缘线圈壳上，且两端与电源连接，所述电源与控制 电脑连接。
[0009] 所述AOTF包括声光晶体和压电换能器，所述声光晶体内设置有压电换能器，所述 压电换能器与控制电脑连接。
[0010] 所述磁制旋光调制器的旋光角为60°、0°或-60°。
[0011] 所述电源采用稳定性好、电压幅值可调、电压正负可调、可通过电脑控制的直流电 源。
[0012] 本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：
[0013] 1、首次将磁制旋光调制器和A0TF组成的偏振光谱测量结构，无需转动任何部件。
[0014] 2、磁制旋光调制器对被测光根据旋光角的要求旋转+60°、0°和-60°三个角 度，就可实现偏振信息Stokes参量中I、Q、U的探测。
[0015] 3、对于特定波长偏振探测，只需通过控制电脑控制电源对应电压和压电换能器对 应频率就可测得该波长的偏振信息。
[0016] 4、通过控制电脑控制压电换能器扫频就可实现不同波长光的偏振探测，即实现偏 振光谱测量，A0TF的光谱分辨率高于传统的滤光片。
[0017] 5、压电换能器可以通过被测光的强弱改变功率，进而改变A0TF的衍射效率，起到 光阑的作用，使得面阵列光电探测器很好的探测。
[0018] 6、通过成像光学模块将被测目标调制后的光成像在面阵列光电探测器上，再由控 制电脑进行数据处理，最终实现偏振光谱成像探测，整个测量过程只需电脑控制电学量，无 运动部件，操作简单，稳定性好。
【附图说明】
[0019] 下面通过附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0020] 图1为本发明的结构示意图；
[0021] 图2为磁旋光和A0TF的偏振态原理图。
[0022] 图中1为前置望远准直光学模块、2为磁制旋光调制器、3为磁旋光晶体、4为线圈、 5为绝缘线圈壳、6为电源、7为A0TF、8为声光晶体、9为压电换能器、10为挡光板、11为成 像光学模块、12为面阵列光电探测器、13为控制电脑。
【具体实施方式】
[0023] 下面实施例结合附图本发明作进一步的描述。
[0024] 如图1和图2所示，一种基于磁旋光和A0TF的偏振光谱成像测量结构，包括前置 望远准直光学模块1、磁制旋光调制器2、A0TF7、挡光板10、成像光学模块11、面阵列光电 探测器12和控制电脑13,所述前置望远准直光学模块1、磁制旋光调制器2、A0TF7、挡光板 10、成像光学模块11和面阵列光电探测器12依次放置，所述面阵列光电探测器12与控制 电脑13连接，控制电脑13对面阵列光电探测器12的信号进行处理，最终实现偏振光谱成 像测量。
[0025] 上述前置望远准直光学模块1对被测目标进行定位瞄准，对被测光收集准直缩 束，使进入后面后续调节系统前光束直径尽量小、光束发散角尽量小，提高后续测量的精 度；上述磁制旋光调制器2对被测光根据旋光角的要求旋转，旋光角分别选择+60°、0° 和-60° ;上述挡光板10挡掉A0TF7 0级和+1级衍射光，消除无用的光对后续成像的影响； 上述成像光学模块11使得被测光经调制后成像在面阵列光电探测器12上；上述面阵列光 电探测器12将成像的光信号转变为便于数据采集和处理电信号。
[0026] 所述磁制旋光调制器2包括磁旋光晶体3、线圈4、绝缘线圈壳5和电源6,所述绝 缘线圈壳5包覆于磁旋光晶体3上，所述线圈4缠绕在绝缘线圈壳5上，且两端与电源6连 接，所述电源6与控制电脑13连接，控制电脑13根据特定波长和旋光角的要求，控制磁旋 光电源6的电压正负和电压幅值大小；所述电源6采用稳定性好、电压幅值可调、电压正负 可调、可通过电脑控制的直流电源；所述磁旋光晶体3受到加电后的线圈4产生的磁场作用 后，根据旋光角要求对被测光旋光；所述线圈4、绝缘线圈壳5和电源6为磁旋光晶体产生 所需的磁场。
[0027] 所述AOTF7包括声光晶体8和压电换能器9,所述声光晶体8内设置有压电换能 器9,所述压电换能器9与控制电脑13连接，控制电脑13根据被测光的强弱、探测波长的 要求，对压电换能器9驱动功率和驱动频率进行调节；所述AOTF7是声光可调滤光片，对经 过磁制旋光调制器2调制后的光进行滤光，由于压电换能器9在特定的驱动频率下，对应 AOTF7对特定波长的滤光，因此通过对压电换能器9驱动扫频就可实现不同波长光的滤光， 实现光谱探测；所述AOTF7的-1级衍射光为振动方向为z方向的线偏振光，这样AOTF7可 以起到偏振片的作用，所述与AOTF7的-1级衍射光为振动方向z方向垂直的方向y方向为 Stokes参量中0°的参考方向；所述压电换能器9可以根据波长的要求改变驱动频率，并且 可以通过被测光的强弱改变功率，进而改变A0TF7的衍射效率，起到光阑的作用，使得面阵 列光电探测器12很好的探测。
[0028] 以下分析均以y轴方向为Stokes参量中0°的参考方向。
[0029] 经前置望远准直光学模块1后将被测目标光缩束准直进入磁制旋光调制器2,如 图2所示，波长为X的光经磁制旋光调制器2的旋光角炉(幻为：
【主权项】
1. 一种基于磁旋光和AOTF的偏振光谱成像测量结构，其特征在于：包括前置望远准 直光学模块（1)、磁制旋光调制器（2)、A0TF(7)、挡光板（10)、成像光学模块（11)、面阵列 光电探测器（12)和控制电脑（13)，所述前置望远准直光学模块（1)、磁制旋光调制器（2)、 A0TF(7)、挡光板（10)、成像光学模块（11)和面阵列光电探测器（12)依次放置，所述面阵列 光电探测器（12)与控制电脑（13)连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于磁旋光和A0TF的偏振光谱成像测量结构，其特征在 于；所述磁制旋光调制器似包括磁旋光晶体（3)、线圈（4)、绝缘线圈壳妨和电源化）， 所述绝缘线圈壳（5)包覆于磁旋光晶体（3)上，所述线圈（4)缠绕在绝缘线圈壳（5)上，且 两端与电源做连接，所述电源做与控制电脑（1扣连接。
3. 根据权利要求1所述的一种基于磁旋光和A0TF的偏振光谱成像测量结构，其特征在 于；所述A0TF(7)包括声光晶体做和压电换能器巧），所述声光晶体做内设置有压电换 能器巧），所述压电换能器（9)与控制电脑（13)连接。
4. 根据权利要求1或2所述的一种基于磁旋光和A0TF的偏振光谱成像测量结构，其特 征在于；所述磁制旋光调制器（2)的旋光角为60°、0°或-60°。
5. 根据权利要求2所述的一种基于磁旋光和A0TF的偏振光谱成像测量结构，其特征在 于：所述电源（6)采用稳定性好、电压幅值可调、电压正负可调、可通过电脑控制的直流电 源。
【专利摘要】本发明一种基于磁旋光和AOTF的偏振光谱成像测量结构，属于偏振光谱成像测量结构技术领域；提供一种基于磁旋光和AOTF的偏振光谱成像测量结构，该结构完全通过电脑控制磁旋光线圈电压和AOTF的驱动频率实现偏振光谱成像，无运动部件，且只需一个面阵列光电探测器；包括前置望远准直光学模块、磁制旋光调制器、AOTF、挡光板、成像光学模块、面阵列光电探测器和控制电脑，所述前置望远准直光学模块、磁制旋光调制器、AOTF、挡光板、成像光学模块和面阵列光电探测器依次放置，所述面阵列光电探测器与控制电脑连接；本发明主要应用在偏振光谱成像测量方面。
【IPC分类】G01J4-04
【公开号】CN104535191
【申请号】CN201410857811
【发明人】张瑞, 张敏娟, 李克武, 王志斌, 王耀利, 李晋华, 陈媛媛, 陈友华
【申请人】中北大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月31日