CN107677370B - 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法 - Google Patents

一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107677370B
CN107677370B CN201710903697.7A CN201710903697A CN107677370B CN 107677370 B CN107677370 B CN 107677370B CN 201710903697 A CN201710903697 A CN 201710903697A CN 107677370 B CN107677370 B CN 107677370B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave plate
polarized radiation
polarized
light
imager
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710903697.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107677370A (zh
Inventor
张军强
杨斌
颜昌翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN201710903697.7A priority Critical patent/CN107677370B/zh
Publication of CN107677370A publication Critical patent/CN107677370A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107677370B publication Critical patent/CN107677370B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/447—Polarisation spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0297—Constructional arrangements for removing other types of optical noise or for performing calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明技术方案公开了一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法中，采用积分球作为光源，通过积分球、平行光管、起偏器、可调孔阑、辅助波晶片、精密转台、三维精密调整平台、第一参考光谱辐亮度计和第二参考光谱辐亮度计，可以对通道型偏振光谱成像仪进行高精度的偏振辐射标定。

Description

一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，更具体的说，涉及一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法。
背景技术
偏振辐射标定技术是偏振光谱成像领域的核心技术，偏振辐射标定是偏振光谱成像仪器定量化应用的基础，其实现方法直接决定着仪器的测量精度。
在偏振光谱成像领域，通道型偏振光谱成像技术(Channeled imagingspectropolarimetry,CISP)作为一种先进的偏振光谱测量技术，可以在宽波段内对目标进行全静态、快照式、全Stokes(斯托克斯)参量测量。通道型偏振光谱成像仪的核心组件是偏振光谱强度调制(Polarimetric Spectral Intensity Modulation,PSIM)模块，该模块主要有两个多级波片和一个偏振片组成，多级波片的快慢轴方向、相位因子以及偏振片的通光轴方向会显著影响仪器的测量结果，因此需要精确标定。对于通道型偏振光谱成像仪器，除PSIM模块外其他光学系统自身的偏振效应会产生虚假信息，从而引入测量误差，该误差与PSIM模块中偏振器件的方位角误差、相位因子误差耦合在一起，为仪器的高精度偏振辐射标定带来了困难。
现有技术实现了通道型偏振光谱成像仪中PSIM模块的标定，但缺点是只标定了多级波片对中心视场光束引入的相位因子，而忽略了相位因子随视场的变化，且未考虑其他光学系统偏振效应对标定过程和测量结果的影响，经过标定后的通道型偏振光谱成像仪的测量精度难以保证，仍不能满足定量化应用的实际需求。
因此，如何对通道型偏振光谱成像仪进行高精度的偏振辐射标定，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法，可以对通道型偏振光谱成像仪进行高精度的偏振辐射标定。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统，所述通道型偏振光谱成像仪包括：在光束传播方向上依次设置的前置镜、第一多级波片、第二多级波片、偏振片、成像镜、狭缝以及光谱成像仪；
所述偏振辐射标定系统包括：积分球、平行光管、起偏器、可调孔阑、辅助波晶片、精密转台、三维精密调整平台、第一参考光谱辐亮度计和第二参考光谱辐亮度计；
所述起偏器可拆卸的安装在所述精密转台上，所述精密转台用于精确控制所述起偏器的通光轴方向；
所述可调孔阑用于控制偏振辐射标定中的光束宽度；
所述辅助波晶片的快轴方向与所述偏振片的通光轴方向垂直；
所述第一参考光谱辐亮度计放置在所述积分球的出光口处，所述第二参考光谱辐亮度计放置在所述可调孔阑后侧通光口处；
所述积分球、所述平行光管、所述精密转台、所述可调孔阑、所述辅助波晶片、所述第一参考光谱辐亮度计和所述第二参考光谱辐亮度计可拆卸的安装在所述三维精密调整平台上。
优选的，在上述偏振辐射标定系统中，还包括：
计算机，所述计算机用于通过电机控制所述精密转台和所述三维精密调整平台，以调节入射所述通道型偏振光谱成像仪的光束，还用于对所述通道型偏振光谱成像仪进行可视化操作以及用于数据处理。
优选的，在上述偏振辐射标定系统中，所述辅助波晶片、所述第一多级波片和所述第二多级波片均为石英晶体。
优选的，在上述偏振辐射标定系统中，所述第一多级波片和所述第二多级波片的快轴方向之间的夹角为45°，所述第一多级波片的快轴与所述偏振片的通光轴平行。
优选的，在上述偏振辐射标定系统中，所述狭缝位于所述前置镜和所述成像镜的像面上。
本发明还提供了一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定方法，所述偏振辐射标定方法采用上述任一项所述的偏振辐射标定系统，对通道型偏振光谱成像仪进行偏振辐射标定，所述偏振辐射标定方法包括：
运用所述积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束设定偏振态的光束，使起偏器的通光轴方位角不等于0°、90°、180°或270°，通过调节可调孔阑和三维精密调整平台使光束通过辅助波晶片后在通道型偏振光谱成像仪的中心孔径处沿中心视场入射，以标定第一多级波片、第二多级波片和偏振片的方位角误差。
优选的，在上述偏振辐射标定方法中，还包括：
撤去所述偏振辐射标定系统中的辅助波晶片，运用积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束0°的线偏振光，通过调节可调孔阑和三维精密调整平台使光束在通道型偏振光谱成像仪的中心孔径处沿中心视场入射，以标定第二多级波片在中心视场的相位因子，并将标定结果作为第二多级波片在全视场下的相位因子。
优选的，在上述偏振辐射标定方法中，还包括：
运用积分球作为光源，撤去所述偏振辐射标定系统中的平行光管、起偏器、可调孔阑和精密转台，通过调节三维精密调整平台使光均匀充满通道型偏振光谱成像仪的全视场，并使用第一参考光谱辐亮度计实时测取积分球出光口处的光谱强度，用于标定系统的偏振辐射传递系数和前置镜12的二向衰减。
优选的，在上述偏振辐射标定方法中，还包括：
运用积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束45°的线偏振光，通过调节可调孔阑和三维精密调整平台使光束在通道型偏振光谱成像仪的中心孔径处沿中心视场入射，使用第二参考光谱辐亮度计实时测取经过可调孔阑后的光谱强度，以标定第一多级波片在中心视场的相位因子；通过精密转台调整起偏器的通光轴方向，产生一束0°的线偏振光，调节三维精密调整平台使光束沿通道型偏振光谱成像仪的不同视场入射，分别标定在不同视场下第一多级波片相对于中心视场的附加相位因子，进一步求得第一多级波片在全视场下的相位因子。
优选的，在上述偏振辐射标定方法中，还包括：
运用积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束45°的线偏振光，通过调节三维精密调整平台使光束沿通道型偏振光谱成像仪的不同视场入射，分别标定不同视场下前置镜的相位延迟量。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法中，采用积分球作为光源，通过积分球、平行光管、起偏器、可调孔阑、辅助波晶片、精密转台、三维精密调整平台、第一参考光谱辐亮度计和第二参考光谱辐亮度计，可以对通道型偏振光谱成像仪进行高精度的偏振辐射标定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种通道型偏振光谱成像仪的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种通道型偏振光谱成像仪的结构示意图。
待标定的通道型偏振光谱成像仪9为一种基于光栅色散原理的通道型偏振光谱成像仪，该通道型偏振光谱成像仪9包括：在光束传播方向上依次设置的前置镜12、第一多级波片13、第二多级波片14、偏振片15、成像镜16、狭缝17以及光谱成像仪18。
所述偏振辐射标定系统包括：积分球1、平行光管2、起偏器3、可调孔阑4、辅助波晶片5、精密转台6、三维精密调整平台7、第一参考光谱辐亮度计10和第二参考光谱辐亮度计11。所述起偏器3可拆卸的安装在所述精密转台6上，所述精密转台6用于精确控制所述起偏器3的通光轴方向。所述可调孔阑4用于控制偏振辐射标定中的光束宽度。所述辅助波晶片5的快轴方向与所述偏振片15的通光轴方向垂直。所述第一参考光谱辐亮度计10放置在所述积分球1的出光口处，所述第二参考光谱辐亮度计11放置在所述可调孔阑4后侧通光口处。所述积分球1、所述平行光管2、所述精密转台6、所述可调孔阑4、所述辅助波晶片5、所述第一参考光谱辐亮度计10和所述第二参考光谱辐亮度计11可拆卸的安装在所述三维精密调整平台7上。
积分球1、平行光管2、起偏器3、可调孔阑4、辅助波晶片5、精密转台6、前置镜12、第一多级波片13、第二多级波片14、偏振片15、成像镜16、狭缝17以及光谱成像仪18位于同一光轴。
如图1所示，还包括：计算机8，所述计算机用于通过电机控制所述精密转台6和所述三维精密调整平台7，以调节入射所述通道型偏振光谱成像仪的光束，还用于对所述通道型偏振光谱成像仪进行可视化操作以及用于数据处理。
本发明是实例所述偏振辐射标定系统中，所述辅助波晶片5、所述第一多级波片13和所述第二多级波片14均为石英晶体。理论上需要设置所述第一多级波片13和所述第二多级波片14的快轴方向之间的夹角为45°，所述第一多级波片13的快轴与所述偏振片15的通光轴平行，但实际中，第一多级波片13、第二多级波片14以及偏振片15的方位角误差难以避免，因此需要通过该偏振辐射标定系统标定以保证通道型偏振光谱成像仪的测量精度。
第一参考光谱辐亮度计10用于测取积分球1出光口处的光谱强度，第二参考光谱辐亮度计11用于测取经过可调孔阑4后窄光束的光谱强度。所述狭缝17位于所述前置镜12和所述成像镜16的像面上，如此，包含待测目标一维空间信息和偏振光谱信息的光束被光谱成像仪18接收，待测目标的另一维空间信息通过推扫方式获取。
本发明另一实施例还提供了一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定方法，该偏振辐射标定方法采用上述实施例所述的偏振辐射标定系统，对通道型偏振光谱成像仪进行偏振辐射标定。
所述偏振辐射标定方法包括：运用所述积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束设定偏振态的光束，使起偏器3的通光轴方位角不等于0°、90°、180°或270°，通过调节可调孔阑4和三维精密调整平台7使光束通过辅助波晶片5后在通道型偏振光谱成像仪9的中心孔径处沿中心视场入射，以标定第一多级波片13、第二多级波片14和偏振片15的方位角误差。
可选的，所述偏振辐射标定方法还包括：撤去所述偏振辐射标定系统中的辅助波晶片5，运用积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束0°的线偏振光，通过调节可调孔阑4和三维精密调整平台7使光束在通道型偏振光谱成像仪9的中心孔径处沿中心视场入射，以标定第二多级波片14在中心视场的相位因子，并将标定结果作为第二多级波片14在全视场下的相位因子。
可选的，所述偏振辐射标定方法还包括：运用积分球1作为光源，撤去所述偏振辐射标定系统中的平行光管2、起偏器3、可调孔阑4和精密转台6，通过调节三维精密调整平台7使光均匀充满通道型偏振光谱成像仪9的全视场，并使用第一参考光谱辐亮度计10实时测取积分球1出光口处的光谱强度，用于标定系统的偏振辐射传递系数和前置镜12的二向衰减。
可选的，所述偏振辐射标定方法还包括：运用积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束45°的线偏振光，通过调节可调孔阑4和三维精密调整平台7使光束在通道型偏振光谱成像仪9的中心孔径处沿中心视场入射，使用第二参考光谱辐亮度计11实时测取经过可调孔阑4后的光谱强度，以标定第一多级波片13在中心视场的相位因子；通过精密转台6调整起偏器3的通光轴方向，产生一束0°的线偏振光，调节三维精密调整平台7使光束沿通道型偏振光谱成像仪9的不同视场入射，分别标定在不同视场下第一多级波片13相对于中心视场的附加相位因子，进一步求得第一多级波片13在全视场下的相位因子。
可选的，所述偏振辐射标定方法还包括：运用积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束45°的线偏振光，通过调节三维精密调整平台7使光束沿通道型偏振光谱成像仪9的不同视场入射，分别标定不同视场下前置镜12的相位延迟量。
所述偏振辐射标定方法用于上述偏振辐射标定系统对通道型偏振光谱成像仪9进行高精度的偏振辐射标定。下面对通过所述偏振辐射标定系统执行所述偏振辐射标定方法对通道型偏振光谱成像仪9进行高精度的偏振辐射标定的具体过程进行详细说明。
1.在偏振辐射标定过程中，首先标定第一多级波片13、第二多级波片14以及偏振片15的方位角误差。运用积分球1、平行光管2、起偏器3、可调孔阑4和精密转台6产生一束设定偏振态的窄光束，该光束的偏振态由起偏器3和精密转台6控制，光束宽度由可调孔阑4控制，光束经辅助波晶片5后到达通道型偏振光谱成像仪9，通过三维精密调整平台7使窄光束在待标定系统的中心孔径处沿中心视场入射。以辅助波晶片5的慢轴和快轴分别为x轴和y轴，系统光轴为z轴建立右手坐标系，则到达通道型偏振光谱成像仪9探测器处的光束的斯托克斯矢量
Figure GDA0002252004650000081
为：
Figure GDA0002252004650000082
其中，上标0表征中心视场，σ为波数，MP表示偏振片15的穆勒矩阵，
Figure GDA0002252004650000091
Figure GDA0002252004650000092
和分别表示第二多级波片14、第一多级波片13和辅助波晶片5在中心视场处的穆勒矩阵，ε、θ2和θ1分别表示偏振片15、第二多级波片14和第一多级波片13在坐标系xyz下的方位角误差，
Figure GDA0002252004650000094
和
Figure GDA0002252004650000095
分别表示第二多级波片14、第一多级波片13和辅助波晶片5对中心视场光束引入的相位因子，S(σ)为积分球1、平行光管2、起偏器3、可调孔阑4和精密转台6产生的光束的斯托克斯矢量。
对通道型偏振光谱成像仪9接收到的光谱经傅里叶逆变换后得到自相关函数C(h)，其表达式为：
Figure GDA0002252004650000096
其中，h为光程差域的自变量，
Figure GDA0002252004650000097
和分别为第一多级波片13、第二多级波片14和辅助波晶片5在中心波数处对中心视场光束引入的光程差，
Figure GDA0002252004650000099
Figure GDA00022520046500000910
和
Figure GDA00022520046500000911
分别为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的共轭通道，各通道所包含被调制信息的表达式为：
C0＝F-1[(1/2)S0(σ)], (3)
Figure GDA00022520046500000913
Figure GDA0002252004650000103
Figure GDA0002252004650000104
Figure GDA0002252004650000105
Figure GDA0002252004650000106
其中，S23(σ)＝S2(σ)+iS3(σ)，S0(σ)、S1(σ)、S2(σ)和S3(σ)为光束的斯托克斯参量，每个通道中均包含设定的被调制信息，包括被调制信息的幅值和相位。Γn(n＝1...10)的表达式为：
Figure GDA0002252004650000107
其中，a＝sin(2θ1)，b＝cos(2θ1)，c＝sin(2θ2)，d＝cos(2θ2)，e＝sin(2ε)和f＝cos(2ε)，方位角误差θ1、θ2和ε的符号由通道型偏振光谱成像仪9的装调公差决定，在本发明描述的实施例中，θ1＞0，θ2＞0和ε＜0。
运用频域滤波方法分别获取通道C1，C3，C4，C5，C6，C7和C8的信息并进行傅里叶变换，经过运算后求得第一多级波片13、第二多级波片14以及偏振片15的方位角误差：
Figure GDA0002252004650000108
Figure GDA0002252004650000109
Figure GDA0002252004650000111
其中，
Figure GDA0002252004650000112
abs表示取绝对值，F表示傅里叶变换。
为防止通道C1，C3，C4，C5，C6，C7和C8中的任何一项消失，入射偏振光需要满足条件：S1(σ)≠0以及S2(σ)≠0或S3(σ)≠0，这可以通过控制起偏器3的通光轴方向来实现，只要使起偏器3的通光轴方位角不等于0°、90°、180°或270°即可。重要的是，在标定第一多级波片13、第二多级波片14和偏振片15方位角误差的过程中，不需要精确控制起偏器3的通光轴方向，有利于提高标定精度和效率；而且，辅助波晶片5在完成该标定后即可撤去，并不影响待标定系统的正常使用。
2.在标定了第一多级波片13、第二多级波片14和偏振片15的方位角误差以后，为完成通道型偏振光谱成像仪9在全视场下的偏振辐射标定，需要考虑不同视场下光学系统自身的二向衰减、相位延迟量以及第一多级波片13和第二多级波片14引入的相位因子。
在辅助波晶片5被撤去后，以偏振片15的通光轴方向为X轴，垂直于通光轴的方向为Y轴，系统光轴为Z轴建立坐标系，则沿视场j入射到通道型偏振光谱成像仪9探测器处的光束的斯托克斯矢量为：
Figure GDA0002252004650000114
其中，上标j表征视场编号，
Figure GDA0002252004650000121
和
Figure GDA0002252004650000122
分别表示光谱成像仪18、成像镜16、第二多级波片14、第一多级波片13和前置镜12在视场j处的穆勒矩阵，α1和α2分别表示第一多级波片13和第二多级波片14在坐标系XYZ下的方位角误差，和
Figure GDA0002252004650000124
分别表示第二多级波片14和第一多级波片13对视场j处的光束引入的相位因子，通过坐标变换可以由ε、θ1和θ2的标定值求出α1和α2：
α1＝θ1-ε, (18)
α2＝θ2-ε. (19)
对通道型偏振光谱成像仪9接收到的光谱经傅里叶逆变换后得到自相关函数Gj(h)，其表达式为：
Figure GDA0002252004650000125
其中，
Figure GDA0002252004650000126
和
Figure GDA0002252004650000127
分别为第一多级波片13和第二多级波片14在中心波数处对沿视场j入射的光束引入的光程差，
Figure GDA0002252004650000128
和
Figure GDA0002252004650000129
分别为
Figure GDA00022520046500001210
和的共轭通道，各通道所包含被调制信息的表达式为：
Figure GDA00022520046500001212
Figure GDA00022520046500001213
Figure GDA00022520046500001214
Figure GDA0002252004650000131
Figure GDA0002252004650000132
其中，
Figure GDA0002252004650000133
Figure GDA0002252004650000134
Aj(σ)为通道型偏振光谱成像仪9的偏振辐射传递系数，ηj(σ)为光谱成像仪18的探测器在视场j、波数σ对应的像元的响应系数，和
Figure GDA0002252004650000137
分别为光谱成像仪18、成像镜16、PSIM模块(包括第一多级波片13、第二多级波片14和偏振片15)和前置镜12的透过率，
Figure GDA0002252004650000138
和
Figure GDA0002252004650000139
分别为光谱成像仪18、成像镜16和前置镜12的二向衰减，
Figure GDA00022520046500001310
为前置镜引入的相位延迟量，包含第一多级波片13和第二多级波片14方位角误差的参数ξk(k＝1...9)为：
其中，p＝sin(2α1)，q＝cos(2α1)，g＝sin(2α2)和l＝cos(2α2)。
分析可知，对通道型偏振光谱成像仪9还需要标定任意视场j下第一多级波片13和第二多级波片14引入的相位因子
Figure GDA0002252004650000141
和
Figure GDA0002252004650000142
系统的偏振辐射传递系数Aj(σ)以及前置镜的二向衰减
Figure GDA0002252004650000143
和相位延迟量
Figure GDA0002252004650000144
在本发明提出的偏振辐射标定技术中，通过频域滤波获取通道G1，G2和G3的信息并进行傅里叶变换，用于上述参数的标定。
2.1相位因子
Figure GDA0002252004650000145
的标定
多级波片相位因子
Figure GDA0002252004650000146
的一般表达式为：
Figure GDA0002252004650000147
其中，d为多级波片的厚度，no(σ)和ne(σ)为多级波片的寻常光折射率和非寻常光折射率，Φ为入射面和多级波片光轴的相对方位角，β为入射角，在通道型偏振光谱成像仪的设计中，入射角β一般控制在5°以内。
对于第二多级波片14，在通道型偏振光谱成像仪9的全视场下Φ约为45°，根据公式(31)分析可知，入射角度由0°增至5°时，第二多级波片14的相位因子
Figure GDA0002252004650000148
的变化可以忽略，因此在偏振辐射标定中可以用中心视场的相位因子代替任意视场j的相位因子
Figure GDA00022520046500001410
需要说明的是，在本实施例中以多级波片中心视场主光束的相位因子作为多级波片在中心视场的相位因子。
运用积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束0°的线偏振光，通过可调孔阑4和三维精密调整平台7使光束在通道型偏振光谱成像仪9的中心孔径处沿中心视场入射，此时，前置镜12的二向衰减Dfore(σ)和相位延迟量可以忽略，对于0°线偏振光，有S0(σ)＝S1(σ)，S2(σ)＝0和S3(σ)＝0，由式(21)、(23)和(24)可得：
Figure GDA0002252004650000151
Figure GDA0002252004650000152
其中，
Figure GDA0002252004650000153
和
Figure GDA0002252004650000154
表示0°线偏振光在通道型偏振光谱成像仪9的中心孔径处沿中心视场入射时获取的通道，A0(σ)表示光束在中心孔径处沿中心视场入射时通道型偏振光谱成像仪9的偏振辐射传递系数，联立式(21)和(23)可得：
Figure GDA0002252004650000155
其中，方位角误差参数ξ3由方位角误差α1和α2的标定结果求出，通过相位解缠运算得出第二多级波片14在中心视场的相位因子
Figure GDA0002252004650000156
即第二多级波片14在全视场下的相位因子。
2.2偏振辐射传递系数Aj(σ)和二向衰减
Figure GDA0002252004650000157
的标定
标定偏振辐射传递系数Aj(σ)和二向衰减时，运用积分球1作为光源，通过调节三维精密调整平台7，使光均匀充满通道型偏振光谱成像仪9的全视场，并用第一参考光谱辐亮度计10监测积分球1出光口处的光谱强度。对于积分球出射的光，可认为S1(σ)＝0，S2(σ)＝0和S3(σ)＝0，则由式(21)和(23)可得：
Figure GDA0002252004650000159
其中，
Figure GDA00022520046500001511
和
Figure GDA00022520046500001512
表示积分球发出的光沿任意视场j入射至通道型偏振光谱成像仪9时获取的通道，联立式(36)和(37)可得：
Figure GDA0002252004650000161
其中，入射光强度S0(σ)由第一参考光谱辐亮度计10测得，方位角误差参数ξ3由方位角误差α1和α2的标定结果求出，第二多级波片14的相位因子
Figure GDA0002252004650000162
使用上述步骤2.1的标定结果。
2.3相位因子
Figure GDA0002252004650000163
的标定
对于第一多级波片13，在通道型偏振光谱成像仪9的全视场下Φ约为0°，根据公式(31)分析可知，入射角度由0°增至5°时，第一多级波片13的相位因子
Figure GDA0002252004650000164
发生显著的变化，因此需要对每个视场的相位因子
Figure GDA0002252004650000165
进行标定。
在本发明提出的偏振辐射标定技术中，分两步标定在任意视场j处第一多级波片13的相位因子
Figure GDA0002252004650000166
第一步标定第一多级波片13在中心视场的相位因子
Figure GDA0002252004650000167
第二部标定在第一多级波片13在视场j处相对于中心视场的附加相位因子
Figure GDA0002252004650000168
为标定相位因子
Figure GDA0002252004650000169
运用积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束45°的线偏振光，通过调节可调孔阑4和三维精密调整平台7使光束在通道型偏振光谱成像仪9的中心孔径处沿中心视场入射，此时，前置镜12的二向衰减Dfore(σ)和相位延迟量
Figure GDA00022520046500001610
可以忽略，对于45°线偏振光，有S0(σ)＝S2(σ)，S1(σ)＝0和S3(σ)＝0，由式(21)和(23)可得：
Figure GDA00022520046500001611
Figure GDA00022520046500001612
其中，
Figure GDA00022520046500001613
和
Figure GDA00022520046500001614
表示45°线偏振光在通道型偏振光谱成像仪9的中心孔径处沿中心视场入射时获取的通道，联立式(40)和(41)可得：
Figure GDA0002252004650000171
其中，方位角误差参数ξ6由方位角误差α1和α2的标定结果求出，第二多级波片14在中心视场的相位因子使用上述步骤2.1的标定结果，通过相位解缠运算得出第一多级波片13在中心视场的相位因子
Figure GDA0002252004650000173
为标定附加相位因子
Figure GDA0002252004650000174
运用积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束0°的线偏振光，通过调节三维精密调整平台7使光束沿通道型偏振光谱成像仪9的任意视场j入射，则由式(24)可得：
其中，
Figure GDA0002252004650000176
为0°线偏振光沿通道型偏振光谱成像仪9的视场j入射时获取的通道，联立式(34)和(43)可得：
其中，A0(σ)可以根据式(32)和第二参考光谱辐亮度计11测得的强度S0(σ)求出，系统的偏振辐射传递系数Aj(σ)和前置镜12的二向衰减Dfore(σ)使用上述步骤2.2的标定结果。运用相位解缠算法求出附加相位因子
Figure GDA0002252004650000178
根据式
Figure GDA0002252004650000179
求出第一多级波片13在视场j的相位因子
Figure GDA00022520046500001710
通过调节三维精密调整平台7使光束沿不同视场入射通道型偏振光谱成像仪9，对每个视场根据式(42)和(44)处理获取的数据，即可得出第一多级波片13在全视场下的相位因子。
2.4相位延迟量
Figure GDA00022520046500001711
的标定
运用积分球1、平行光管2、起偏器3和精密转台6产生一束45°的线偏振光，并使其沿通道型偏振光谱成像仪9的任意视场j入射，则由式(21)和(24)可得：
Figure GDA0002252004650000181
Figure GDA0002252004650000182
其中，
Figure GDA0002252004650000183
和
Figure GDA0002252004650000184
表示45°线偏振光沿通道型偏振光谱成像仪9的视场j入射时获取的通道，联立式(45)和(46)可得：
Figure GDA0002252004650000185
其中，方位角误差参数ξ7由方位角误差α1和α2的标定结果求出，第一多级波片13和14的相位因子和
Figure GDA0002252004650000187
分别使用上述步骤2.3和2.1的标定结果。由于相位延迟量一般满足
Figure GDA0002252004650000188
所以根据式
Figure GDA0002252004650000189
直接求得前置镜12在视场j处的相位延迟量
Figure GDA00022520046500001810
通过调节三维精密调整平台7使45°线偏振光沿不同视场入射通道型偏振光谱成像仪9，对每个视场根据式(47)处理获取的数据，即可得出前置镜12在全视场下的相位延迟量。
在本发明提出的一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定装置及技术中，分别标定了第一多级波片13和14的方位角误差、全视场下第一多级波片13和14的相位因子、前置镜12的二向衰减和相位延迟量以及系统的偏振辐射传递系数，在偏振辐射标定过程中，数据获取以及数据处理方法简单，有利于提高通道型偏振光谱成像仪的标定效率；基于上述参数的标定结果进行目标偏振信息的重构，可以显著降低通道型偏振光谱成像仪的偏振测量误差。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统，其特征在于，所述通道型偏振光谱成像仪包括：在光束传播方向上依次设置的前置镜、第一多级波片、第二多级波片、偏振片、成像镜、狭缝以及光谱成像仪；
所述偏振辐射标定系统包括：积分球、平行光管、起偏器、可调孔阑、辅助波晶片、精密转台、三维精密调整平台、第一参考光谱辐亮度计和第二参考光谱辐亮度计；
所述起偏器可拆卸的安装在所述精密转台上，所述精密转台用于精确控制所述起偏器的通光轴方向；
所述可调孔阑用于控制偏振辐射标定中的光束宽度；
所述辅助波晶片的快轴方向与所述偏振片的通光轴方向垂直；
所述第一参考光谱辐亮度计放置在所述积分球的出光口处，所述第二参考光谱辐亮度计放置在所述可调孔阑后侧通光口处；
所述积分球、所述平行光管、所述精密转台、所述可调孔阑、所述辅助波晶片、所述第一参考光谱辐亮度计和所述第二参考光谱辐亮度计可拆卸的安装在所述三维精密调整平台上。
2.根据权利要求1所述的偏振辐射标定系统，其特征在于，还包括：
计算机，所述计算机用于通过电机控制所述精密转台和所述三维精密调整平台，以调节入射所述通道型偏振光谱成像仪的光束，还用于对所述通道型偏振光谱成像仪进行可视化操作以及用于数据处理。
3.根据权利要求1所述的偏振辐射标定系统，其特征在于，所述辅助波晶片、所述第一多级波片和所述第二多级波片均为石英晶体。
4.根据权利要求1所述的偏振辐射标定系统，其特征在于，所述第一多级波片和所述第二多级波片的快轴方向之间的夹角为45°，所述第一多级波片的快轴与所述偏振片的通光轴平行。
5.根据权利要求1所述的偏振辐射标定系统，其特征在于，所述狭缝位于所述前置镜和所述成像镜的像面上。
6.一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定方法，其特征在于，所述偏振辐射标定方法采用如权利要求1-5任一项所述的偏振辐射标定系统，对通道型偏振光谱成像仪进行偏振辐射标定，所述偏振辐射标定方法包括：
运用所述积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束设定偏振态的光束，使起偏器的通光轴方位角不等于0°、90°、180°或270°，通过调节可调孔阑和三维精密调整平台使光束通过辅助波晶片后在通道型偏振光谱成像仪的中心孔径处沿中心视场入射，以标定第一多级波片、第二多级波片和偏振片的方位角误差。
7.根据权利要求6所述的偏振辐射标定方法，其特征在于，还包括：
撤去所述偏振辐射标定系统中的辅助波晶片，运用积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束0°的线偏振光，通过调节可调孔阑和三维精密调整平台使光束在通道型偏振光谱成像仪的中心孔径处沿中心视场入射，以标定第二多级波片在中心视场的相位因子，并将标定结果作为第二多级波片在全视场下的相位因子。
8.根据权利要求7所述的偏振辐射标定方法，其特征在于，还包括：
运用积分球作为光源，撤去所述偏振辐射标定系统中的平行光管、起偏器、可调孔阑和精密转台，通过调节三维精密调整平台使光均匀充满通道型偏振光谱成像仪的全视场，并使用第一参考光谱辐亮度计实时测取积分球出光口处的光谱强度，用于标定系统的偏振辐射传递系数和前置镜的二向衰减。
9.根据权利要求7所述的偏振辐射标定方法，其特征在于，还包括：
运用积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束45°的线偏振光，通过调节可调孔阑和三维精密调整平台使光束在通道型偏振光谱成像仪的中心孔径处沿中心视场入射，使用第二参考光谱辐亮度计实时测取经过可调孔阑后的光谱强度，以标定第一多级波片在中心视场的相位因子；通过精密转台调整起偏器的通光轴方向，产生一束0°的线偏振光，调节三维精密调整平台使光束沿通道型偏振光谱成像仪的不同视场入射，分别标定在不同视场下第一多级波片相对于中心视场的附加相位因子，进一步求得第一多级波片在全视场下的相位因子。
10.根据权利要求7所述的偏振辐射标定方法，其特征在于，还包括：
运用积分球、平行光管、起偏器和精密转台产生一束45°的线偏振光，通过调节三维精密调整平台使光束沿通道型偏振光谱成像仪的不同视场入射，分别标定不同视场下前置镜的相位延迟量。
CN201710903697.7A 2017-09-29 2017-09-29 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法 Active CN107677370B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710903697.7A CN107677370B (zh) 2017-09-29 2017-09-29 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710903697.7A CN107677370B (zh) 2017-09-29 2017-09-29 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107677370A CN107677370A (zh) 2018-02-09
CN107677370B true CN107677370B (zh) 2020-01-14

Family

ID=61139086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710903697.7A Active CN107677370B (zh) 2017-09-29 2017-09-29 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107677370B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109374132B (zh) * 2018-09-21 2020-09-01 南京奥谱依电子科技有限公司 一种可调节偏振和光谱的成像探测芯片及其制备方法
CN112284541B (zh) * 2020-09-21 2023-06-30 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种绝对辐射与偏振联合的定标方法及装置
CN112492300B (zh) * 2020-11-26 2023-07-25 长春理工大学 一种偏振光谱相机检测仪及检测方法
CN116147764B (zh) * 2023-04-20 2023-07-07 中国计量科学研究院 辐射照度标定、灵敏度测试装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374474A (zh) * 2014-10-11 2015-02-25 北京振兴计量测试研究所 一种高精度紫外光谱辐照度测量系统
CN105890761A (zh) * 2016-05-20 2016-08-24 北京航空航天大学 一种偏振多光谱成像系统的偏振通道定标方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374474A (zh) * 2014-10-11 2015-02-25 北京振兴计量测试研究所 一种高精度紫外光谱辐照度测量系统
CN105890761A (zh) * 2016-05-20 2016-08-24 北京航空航天大学 一种偏振多光谱成像系统的偏振通道定标方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107677370A (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108871579B (zh) 一种偏振成像系统的标定方法
CN107677370B (zh) 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法
Bagnulo et al. Stellar spectropolarimetry with retarder waveplate and beam splitter devices
CN111122460B (zh) 单旋转补偿器型光谱椭偏仪参数校准方法和装置
CN110261317B (zh) 一种Mueller矩阵光谱的测量系统及方法
JP5914455B2 (ja) 偏光測定のためのシステムおよび方法
CN103954360B (zh) 一种基于偏振阵列的光谱偏振装置及探测方法
CN104568765B (zh) 一种微型化光谱椭偏仪装置和测量方法
CN109901281B (zh) 一种穆勒显微偏振像差校准方法及装置
CN112378860A (zh) 旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪系统参数的校准方法
CN111209661B (zh) 一种光谱椭偏测量带宽和数值孔径退偏效应修正建模方法及装置
CN114136894B (zh) 一种基于涡旋波片的偏振检测系统的误差校准方法及装置
TWI615604B (zh) 寬波段消色差複合波片的定標方法
CN110261319B (zh) 基于四次测量Mueller矩阵光谱的装置及测量方法
Pezzaniti et al. Imaging polarimeters for optical metrology
de Juan Ovelar et al. Modeling the instrumental polarization of the VLT and E-ELT telescopes with the M&m's code
CN111307722B (zh) 一种多功能Stokes-Mueller矩阵成像偏振仪的标定方法
Covino et al. PAOLO: A Polarimeter Add‐On for the LRS Optics at a Nasmyth focus of the TNG
JP2000509830A (ja) フォトアレイ検出器を備える回帰較正による回転補正器型分光エリプソメータシステム
CN107764748B (zh) 一种玻璃材料的线性双折射测量装置与方法
Ashcraft et al. The space coronagraph optical bench (SCoOB): 3. Mueller matrix polarimetry of a coronagraphic exit pupil
CN107314839A (zh) 基于穆勒矩阵的应力检测装置及方法
CN113654996A (zh) 一种复合消色差波片相位延迟量测量装置和方法
CN112284541B (zh) 一种绝对辐射与偏振联合的定标方法及装置
CN116930093B (zh) 一种双涡旋波片穆勒矩阵椭偏仪的误差校准方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant