CN105043551A - 一种高精度线偏振辐射计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度线偏振辐射计及其使用方法，包括有滤光片轮，滤光片轮与电机联接，滤光片轮一侧设有位置传感器，滤光片轮的正上方沿入射光方向自上至下依次设有窗口片、孔径光阑、格兰-泰勒棱镜，滤光片轮的正下方设有光电接收系统，光电接收系统包括有抛物面反射镜，抛物面反射镜的反射光路上依次设有视场光阑、聚焦透镜、双色探测器，双色探测器、位置传感器的信号输出端与控制采集系统连接。本发明相比传统的偏振辐射计具有不需要偏振度定标的优势，理论上可以通过仪器形式作为标准线偏振源的载体。
Description
技术领域
本发明属于光学测试与计量领域，涉及一种高精度线偏振辐射计。
背景技术
随着偏振测量技术的发展，偏振仪器在遥感和军事领域得到广泛应用。传统的偏振仪器需要使用各类偏振光源（积分球、偏振盒和偏振片等）进行偏振定标，以满足高精度检偏需求，偏振定标的本质就是处理仪器自身对原始入射光偏振态的改变。目前各类偏振光源和偏振定标器都具有一定不确定度，且其偏振传递会受偏振光源和待测仪器光机特性限制，多有不便。
普通线偏振测量仪器采取三个或四个检偏角度设计，以满足I、Q和U三个斯托克斯参量的获取；另一类技术是通过密集检偏角度扫描，实现更高精度的I、Q和U测量。但是，由于滤光片、探测器和其他光学组件可能的微弱偏振敏感性影响，现存的密集检偏式仪器仍然需要对各个检偏角度的响应率进行相对校正，即需要进行偏振度定标，定标不确定度有待优化。
发明内容
本发明的目的有：一，提供一种解决仪器自身起偏、改变入射光偏振态的线偏振辐射计，该辐射计因整体旋转检偏、密集扫描测量的特点，使得偏振测量的系统误差和随机误差都得到抑制，达到高精度的要求；二，利用高精度线偏振辐射计可以对现有的其他偏振仪器和偏振光源的精确度进行检测和评估。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高精度线偏振辐射计，其特征在于：包括有滤光片轮，滤光片轮与电机联接，滤光片轮一侧设有位置传感器，滤光片轮的正上方沿入射光路方向自上至下依次设有窗口片、孔径光阑、格兰-泰勒棱镜，滤光片轮的正下方设有光电接收系统，光电接收系统包括有抛物面反射镜，抛物面反射镜的反射光路上依次设有视场光阑、聚焦透镜、双色探测器，双色探测器、位置传感器的信号输出端与控制采集系统连接。
一种高精度线偏振辐射计的使用方法，包括以下步骤：
（1）待测输入光透过窗口片通过孔径光阑进入格兰-泰勒棱镜，成为偏振方向已知的完全线偏振光；
（2）线偏振光以固定偏振态入射滤光片轮，分时覆盖各光谱探测波段；
（3）经过分谱的线偏振光入射抛物面反射镜聚焦于视场光阑，利用抛物面反射镜无色差的优势消除各波段视场差异；
（4）经过聚焦透镜将通过视场光阑的光汇聚于双色探测器光敏面上；
（5）将光电接收系统的各部件置于检偏电机之上组成检偏单元，控制采集系统与检偏电机控制连接，控制检偏电机进行360°旋转，实现密集检偏角度扫描，使用光电特性完全相同的检偏单元进行各偏振方向的光强测量，不需对不同检偏方向进行相对响应率定标，实现测量多个检偏角度；
（6）将检偏单元置于天顶角、方位角扫描架，实现指向探测。
本发明的工作原理是：
使用同一检偏单元对0至360度的偏振方位角进行密集扫描检偏。本发明使用检偏单元在偏振方位角维度密集扫描检偏，获取同一待测光在多个（大于10）偏振方位角的辐亮度，使得其随机偏振测量误差优于通常的3角度或4角度检偏方式；同时，本发明使用同一检偏单元扫描检偏，保证高精度线偏振辐射计光学接收特性在任意偏振方位角完全一致，因此高精度线偏振辐射计不需要进行偏振定标，即可完成准确的偏振度测量。
本发明的优点是：
本发明采用检偏单元整体旋转方式实现360°偏振方位角的密集扫描，用以降低线偏振测量的系统误差和随机误差；采用格兰-泰勒棱镜、滤光片轮和双色探测器实现近紫外至短波红外的波段覆盖；采用离轴抛物反射镜收集光束能量，同时保证了近紫外至短波红外的视场同一性。
本发明相比传统的偏振辐射计具有不需要偏振度定标的优势，理论上可以通过仪器形式作为标准线偏振源的载体。
附图说明
图1是本发明的光电系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种高精度线偏振辐射计，包括有滤光片轮4，滤光片轮4与电机6联接，滤光片轮4一侧设有位置传感器5，滤光片轮4的正上方沿入射光方向自上至下依次设有窗口片1、孔径光阑2、格兰-泰勒棱镜3，滤光片轮4的正下方设有光电接收系统，光电接收系统包括有抛物面反射镜7，抛物面反射镜7的反射光路上依次设有视场光阑8、聚焦透镜9、双色探测器10，双色探测器10、位置传感器5的信号输出端与控制采集系统11连接。
一种高精度线偏振辐射计的使用方法，包括以下步骤：
（1）待测输入光透过窗口片1通过孔径光阑2进入格兰-泰勒棱镜3，成为偏振方向已知的完全线偏振光；
（2）线偏振光以固定偏振态入射滤光片轮4，分时覆盖各光谱探测波段；
（3）经过分谱的线偏振光入射抛物面反射镜7聚焦于视场光阑8，利用抛物面反射镜7无色差的优势消除各波段视场差异；
（4）经过聚焦透镜9将通过视场光阑8的光汇聚于双色探测器10光敏面上；
（5）将光电接收系统的各部件置于检偏电机之上组成检偏单元，控制采集系统11与检偏电机控制连接，控制检偏电机进行360°旋转，实现密集检偏角度扫描，使用光电特性完全相同的检偏单元进行各偏振方向的光强测量，不需对不同检偏方向进行相对响应率定标，实现测量多个检偏角度；
（6）将检偏单元置于天顶角、方位角扫描架，实现指向探测。
本发明的光电系统中的抛物面反射镜7为离轴抛物面反射镜，其等效焦距为101.6mm，口径为25.4mm，表面镀铝膜，满足无色差设计要求。双色探测器10采用Electro-OpticalSystems（EOS）公司的双色探测器，光谱响应范围为0.3-2.4μm，满足宽波段辐射探测的要求。驱动电机6和位置传感器5驱动滤光片轮4，进行光谱波段切换和选择，所采用滤光片为浙江大学定制的滤光片，设有9个测量波段，均为测量天空漫射光的典型波段，光谱范围覆盖近紫外-可见-短波红外。格兰-泰勒棱镜3采用福州汉光公司产品，其通光孔径为25×25mm，消光比大于105，光谱透过范围为0.3-2.7μm，在光谱响应范围内的透过率均大于90%。整个光电系统通过导电滑环与控制计算机进行信号交互。
在偏振测量时，利用控制采集系统控制检偏电机，对光电系统整体旋转，进行检偏调谐，利用检偏电机和编码器对目标进行密集扫描测量。利用控制系统控制二维转台天顶角，方位角的变化，对太阳或天空进行跟踪指向探测测量。
Claims (1)
1.一种高精度线偏振辐射计，其特征在于：包括有滤光片轮，滤光片轮与电机联接，滤光片轮一侧设有位置传感器，滤光片轮的正上方沿入射光路方向自上至下依次设有窗口片、孔径光阑、格兰-泰勒棱镜，滤光片轮的正下方设有光电接收系统，光电接收系统包括有抛物面反射镜，抛物面反射镜的反射光路上依次设有视场光阑、聚焦透镜、双色探测器，双色探测器、位置传感器的信号输出端与控制采集系统连接。
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