一種基于聲光濾光和電光相位調(diào)諧的高光譜全偏振成像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高光譜成像儀技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于聲光濾光和電光相位調(diào)諧 的高光譜全偏振成像儀，是一種高光譜成像與全偏振成像相結(jié)合的成像裝置，涉及對觀測 目標(biāo)的空間、光譜和偏振信息同時探測獲取的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光譜偏振成像技術(shù)是對光譜成像技術(shù)和偏振成像技術(shù)的綜合。光譜偏振成像能夠 同時獲取目標(biāo)的空間、光譜和偏振信息，對目標(biāo)的幾何形影特征，輻射、反射、散射和透射電 磁波的光譜特征，表面粗糙度、致密度、電導(dǎo)率、含水量等材料理化特征進(jìn)行融合感知，進(jìn)而 深層次地對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)評估、分類和識別。光譜偏振成像技術(shù)在深空探測，地球資源勘查，環(huán) 境監(jiān)測，軍事目標(biāo)識別，生物醫(yī)學(xué)成像和食品安全等領(lǐng)域已經(jīng)取得了初步的應(yīng)用，并且在這 些方面的應(yīng)用價值和前景受到國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的重視。
[0003] 目前，根據(jù)光譜偏振成像方式的不同，光譜偏振成像技術(shù)主要分為色散元件加偏 振元件型、新型偏振干涉成像光譜型和濾光元件加偏振元件型三類。色散元件主要是棱 鏡和光柵，偏振元件主要是偏振片和相位調(diào)制器，濾光元件主要是濾光片和可調(diào)諧濾光器。 (1)對于光譜成像技術(shù)來說，色散型成像光譜的光譜分辨率和空間分辨本領(lǐng)因受到狹縫寬 度的制約，限制了進(jìn)入系統(tǒng)的光通量，從而降低了光譜成像的信噪比；濾光片型需旋轉(zhuǎn)濾光 片，并且提供波段數(shù)有限，光譜分辨率低。（2)對于偏振成像來說，偏振片型需旋轉(zhuǎn)偏振片， 并且只能探測到線偏振光，即Stokes參量的前三個分量；新型偏振干涉成像光譜技術(shù)能夠 同時獲得全偏振光譜，但需儀器與探測目標(biāo)的相對運(yùn)動，推掃完成目標(biāo)干涉圖的獲取，目標(biāo) 圖像復(fù)原相當(dāng)復(fù)雜和困難，條帶噪聲嚴(yán)重，空間分辨率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明旨在解決現(xiàn)階段光譜偏振成像遇到的技術(shù)難題，提供一種基于 聲光濾光和電光相位調(diào)諧的高光譜全偏振成像儀。該光譜偏振成像儀基于聲光可調(diào)諧濾光 器實(shí)現(xiàn)分光和DKDP縱向電光相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)偏振探測。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種基于聲光濾光和電光相位調(diào)諧的高光譜全偏振成像儀，包括： 前置成像鏡頭，對被測目標(biāo)輻射、反射、散射和透射光進(jìn)行收集準(zhǔn)直縮束，整形為近似 平行光，并一次成像于A0TF; DKDP縱向電光相位調(diào)制器，設(shè)置為兩個，分別為第一 DKDP縱向電光相位調(diào)制器和第 二DKDP縱向電光相位調(diào)制器，依次設(shè)置于前置成像鏡頭和AOTF之間，進(jìn)行相位調(diào)諧，所述 DKDP縱向電光相位調(diào)制器通過直流高壓驅(qū)動電路與控制計(jì)算機(jī)連接； A0TF，進(jìn)行濾光和檢偏，所述AOTF通過射頻驅(qū)動電路與控制計(jì)算機(jī)連接； 遮光板，將通過AOTF的0級和+1級衍射光遮擋； 二次成像傳導(dǎo)鏡頭，將-1級衍射光二次成像于面陣列成像CCD上； 控制計(jì)算機(jī)，同時控制DKDP縱向電光相位調(diào)制器的直流高壓驅(qū)動電路，AOTF的射頻驅(qū) 動電路和面陣列成像CCD，并且對DKDP縱向電光相位調(diào)制器施加每組相位延遲的同時觸發(fā) 面陣列成像CCD采集一次圖像，控制計(jì)算機(jī)采集，處理并存儲圖像。
[0006] 所述前置成像鏡頭包括成像物鏡、視場光闌和準(zhǔn)直鏡。
[0007] 所述DKDP縱向電光相位調(diào)制器選用電光系數(shù)大、半波電壓低的z切割DKDP晶片 制成縱向Pockels盒，沿光軸z通光，通光面鍍置氧化銦錫透明電極，晶片切割為圓形晶片， 保證給兩通光面的透明電極施加電壓時，在整個有效通光孔徑內(nèi)沿通光方向（光軸z方向） 形成均勻的電場。
[0008] 所述DKDP縱向電光相位調(diào)制器的驅(qū)動電路為直流高壓驅(qū)動電路，輸出電壓幅值 范圍為0~15kv，并且驅(qū)動輸出電壓由控制計(jì)算機(jī)編程可調(diào)，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓使DKDP縱向 電光相位調(diào)制器對AOTF工作輸出波長的光分別能夠?qū)崿F(xiàn)0, π/2和π的相位延遲。
[0009] 所述AOTF的聲光互作用晶體選用氧化碲晶體，X切鈮酸鋰晶片作為壓電換能器， 入射光沿氧化碲晶體[001]方向，超聲波沿氧化碲晶體[110]方向傳播，所述聲光互作用晶 體通光面切割時采用光楔設(shè)計(jì)，對-1級衍射光消除了色差，工作波長范圍：〇. 4~2 μ m，壓電 換能器工作頻率：60~130~220MHz，光譜分辨率10nm。
[0010] 所述射頻驅(qū)動電路工作頻率：60~130~220MHz，驅(qū)動功率范圍：0~2W，所述射頻驅(qū) 動電路的工作頻率與AOTF的衍射光波長一一對應(yīng)，所述射頻驅(qū)動電路具有單頻和掃頻兩 種工作模式，且工作頻率或掃頻的頻率間隔及時間間隔均可由控制計(jì)算機(jī)編程控制。
[0011] 所述AOTF衍射的-1級光為偏振方向沿X軸的偏振光，所述DKDP縱向電光相位調(diào) 制器的調(diào)制快軸方向相對于AOTF的-1級衍射光偏振方向分別取0°和45°。
[0012] 所述AOTF施加某頻率的驅(qū)動時，對應(yīng)衍射波長給DKDP縱向電光相位調(diào)制器分別 施加（0,0)，（0，Jt/2)，（0，π)和（jt/2, π/2)四組相位延遲，并且對應(yīng)每一波長的每一組 相位延遲，面陣列成像CCD相應(yīng)采集一幅圖像，將四組相位延遲對應(yīng)的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 便得到全部Stokes參量圖，提取該波長Stokes參量圖像的第一個參量圖的DN值，便獲取 了目標(biāo)的光譜信息。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明所具有的有益效果為： 1) 該光譜偏振成像儀采用前置成像鏡頭一次成像到A0TF，衍射后經(jīng)二次成像傳導(dǎo)鏡頭 成像到面陣列成像CCD的二次成像光學(xué)結(jié)構(gòu)，入射光經(jīng)前置成像鏡頭壓縮整形接近于平行 光，提高了 AOTF的衍射效率和光譜分辨率，二次成像傳導(dǎo)保證了成像質(zhì)量； 2) 電光相位調(diào)制器選用單軸晶體DKDP晶體，制成縱向調(diào)制Pockels盒，沿光軸方向加 電場和通光。并且電光調(diào)制器置于前置成像鏡頭和AOTF之間，入射光被壓縮整形接近于平 行光，不施加調(diào)制電壓時無相位延遲，施加調(diào)制電壓后整個通光孔徑上實(shí)現(xiàn)了均勻的相位 調(diào)制，保證了偏振探測精度； 3) DKDP縱向電光相位調(diào)制器，相位延遲的調(diào)制電壓僅由入射光的折射率和晶體的電光 系數(shù)決定與通光厚度無關(guān)，晶片切割為圓形晶片，保證了較大通光孔徑內(nèi)相位調(diào)制的均勻 性，厚度約5mm，保證了較大的通光量，節(jié)省了裝置空間，裝調(diào)合理簡單； 4) A0TF濾光調(diào)諧速率快，固定頻率或掃頻兩種工作模式靈活可選，光譜分辨率高，并且 AOTF衍射光為偏振光，不僅起到了分光作用還起到了檢偏作用，與DKDP縱向電光相位調(diào)諧 測偏振能夠很好地結(jié)合。
[0014] DKDP縱向電光相位調(diào)制，AOTF分光和CCD圖像采集均由控制計(jì)算機(jī)控制，此外控 制計(jì)算機(jī)還完成圖像處理，存儲和顯示等工作，本光譜偏振成像裝置，無運(yùn)動部件，操作簡 單，穩(wěn)定性好，便于工業(yè)自動化集成應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015] 下面通過附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0016] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的AOTF結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為DKDP縱向電光相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖中：1為前置成像鏡頭、2為第一 DKDP縱向電光相位調(diào)制器、21為z切DKDP圓 形晶片、22為塑料支撐殼、3為第二DKDP縱向電光相位調(diào)制器、4為直流高壓驅(qū)動電路、5為 A0TF、51為壓電換能器、52為超聲行波、53為吸聲介質(zhì)、6為射頻驅(qū)動電路、7為遮光板、8為 二次成像傳導(dǎo)鏡頭、9為面陣列成像CCD、10為控制計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于聲光濾光和電光相位調(diào)諧的高光譜全偏振成 像儀，該光譜偏振成像儀的結(jié)構(gòu)主要包括：前置成像鏡頭1，DKDP縱向電光相位調(diào)制器，高 壓直流驅(qū)動電路4,聲光可調(diào)諧濾光器（Acousto-optic Tunable FiIter, A0TF) 5,射頻驅(qū)動 電路6,遮光板7,二次成像傳導(dǎo)鏡頭8,面陣列成像CCD9和控制計(jì)算機(jī)10。該光譜偏振成 像儀在傳統(tǒng)光學(xué)成像的基礎(chǔ)上，以DKDP縱向電光相位調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)諧，以A0TF5進(jìn)行 濾光，將同時獲取成像目標(biāo)的空間、光譜和偏振的全方位信息。
[0020] 將聲光可調(diào)諧濾光器（Acousto-optic Tunable