基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，其特征在于：包括设在入射光路上的前置光束准直系统(1)、宽带分束器(2)、第一探测单元、第二探测单元、第一超声波射频驱动器(8)、第二超声波射频驱动器(17)及计算机(18)；所述计算机(18)分别与第一探测单元、第二探测单元、第一超声波射频驱动器(8)、第二超声波射频驱动器(17)连接，用于控制第一超声波射频驱动器(8)和第二超声波射频驱动器(17)发射超声波，以及对第一探测单元、第二探测单元探测的偏振信息进行处理；入射光经前置光束准直系统(1)压缩准直入射至宽带分束器(2)，分光形成非偏振透射光和非偏振反射光；所述第一探测单元包括第一声光可调滤波器(3)、第一楔棱镜(4)、第一探测器(5)、第二楔棱镜(6)及第二探测器(7)；非偏振透射光入射至第一声光可调滤波器(3)，非偏振透射光在第一声光可调滤波器(3)中与第一超声波射频驱动器(8)发射的超声波发生声光互作用分别产生第一偏振衍射光和第二偏振衍射光；所述第一楔棱镜(4)和第一探测器(5)依次设置在第一偏振衍射光路上，第二楔棱镜(6)和第二探测器(7)依次设置在第二偏振衍射光路上；所述第一探测器(5)和第二探测器(7)的输出端分别与计算机(18)连接；所述第二探测单元包括光束横向分离器(9)、第一半波片(10)和第二半波片(11)、第二声光可调滤波器(12)、第三楔棱镜(13)、第四楔棱镜(14)、第三探测器(15)及第四探测器(16)；非偏振反射光入射至光束横向分离器(9)形成偏振方向正交的两束平行光，第一半波片(10)和第二半波片(11)分别设置在两束平行光的光路上，两束平行光在第二声光可调滤波器(12)中与第二超声波射频驱动器(17)发射的超声波发生声光互作用分别产生第三偏振衍射光和第四偏振衍射光；所述第三楔棱镜(13)和第三探测器(15)依次设置在第三偏振衍射光路上，第四楔棱镜(14)、第四探测器(16)依次设置在第四偏振衍射光路上；所述第三探测器(15)、第四探测器(16)的输出端分别与计算机(18)连接。2.根据权利要求1所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，其特征在于：所述第一声光可调滤波器(3)与非偏振透射光的光轴方向垂直；所述光束横向分离器(9)与非偏振反射光的光轴方向垂直。3.根据权利要求2所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，其特征在于：所述第一超声波射频驱动器(8)和第二超声波射频驱动器(17)发射的超声波强度和频率值相同。4.根据权利要求1-3任一所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，其特征在于：所述光束横向分离器(9)由直角棱镜和平行四边形棱镜胶合而成，胶合面ab镀有半透半反的偏振分束膜，入射光束50％透过胶合面ab、50％经胶合面ab反射形成偏振方向正交的两束平行的偏振光；所述平行四边形棱镜与胶合面ab相对的反射面cd镀有高反射膜，反射率为100％；所述光束横向分离器(9)光束出射的直角棱镜出射面be、平行四边形棱镜出射面bd镀有增透膜。5.根据权利要求4所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，其特征
在于：第一声光可调滤波器(3)和第二声光可调滤波器(12)的声光互作用介质切割方向、物理尺寸、镀膜种类、声光换能器和吸收体大小位置均相同；入射所述第一声光可调滤波器(3)和第二声光可调滤波器(12)的入射光的入射角、超声波的入射角、光学孔径角参数均相同；第一超声波射频驱动器(8)和第二超声波射频驱动器(17)的的横截面、密度、电端的电压、电流、声端的作用力、质点的振动速度以及最终形成的声阻抗、半波长频率、相对厚度以及相移相同均相同。6.根据权利要求5所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，其特征在于：所述第一偏振衍射光和第二偏振衍射光的偏振方向垂直；所述第三偏振衍射光和第四偏振衍射光的偏振方向垂直。7.根据权利要求6所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，其特征在于：所述宽带分束器(2)采用宽带非偏振分束器，分光比例为50％:50％；所述第一探测器(5)、第二探测器(7)、第三探测器(15)和第四探测器(16)均为面阵探测器均为面阵探测器；所述第一楔棱镜(4)、第二楔棱镜(6)、第三楔棱镜(13)和第四楔棱镜(14)分别固定设置在第一探测器(5)、第二探测器(7)、第三探测器(15)和第四探测器(16)的焦面上。8.一种基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、搭建如权利要求1-7任一所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统，前置光束准直系统(1)收集远场目标的反射光、辐射光或者透射光，经光束准直系统(1)压缩准直后入射至宽带分束器(2)；步骤2)、通过计算机(18)控制第一超声波射频驱动器(8)，使其发射的超声波在第一声光可调滤波器(3)中与经过宽带分束器(2)透射的非偏振透射光满足动量匹配条件，发生声光互作用，达到等值平衡，产生 1级第一偏振衍射光和-1级第二偏振衍射光；步骤3)、对第一偏振衍射光和第二偏振衍射光分别通过第一楔棱镜(4)和第二楔棱镜(6)进行色散补偿，利用第一探测器(5)和第二探测器(7)接收第一偏振衍射光和第二偏振衍射光的光谱信息并传输至计算机(18)；步骤4)、使经宽带分束器(2)反射的非偏振反射光垂直入射至光束横向分离器(9)，并分别通过第一半波片(10)和第二半波片(11)改变偏正方向，形成两束平行且偏振方向正交的偏振光；步骤5)、通过计算机(18)控制第二超声波射频驱动器(17)，使其发射的超声波在第二声光可调滤波器(12)与两束平行且偏振方向正交的偏振光满足动量匹配条件，发生声光互作用，达到等值平衡，产生 1级第三偏振衍射光和-1级第四偏振衍射光；步骤6)、对第三偏振衍射光和第四偏振衍射光分别通过第三楔棱镜(13)和第四楔棱镜(14)进行色散补偿，利用第三探测器(15)和第四探测器(16)接收第三偏振衍射光和第四偏振衍射光的光谱信息并传输至计算机(18)；
步骤7)、根据对四个探测器分别接收到不同偏振方向的光谱偏振信息，计算得到远场目标的偏振度dop、偏振角aop和椭圆率角w参数。9.根据权利要求4所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像方法，其特征在于：步骤2)和步骤5)中，所述动量匹配与等值平衡是指：超声波同时和入射o光、入射e光发生声光互作用，且两束衍射光强度相同。10.根据权利要求9所述的基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像方法，其特征在于：步骤7)中，利用斯托克斯矢量法计算得到远场目标的偏振度dop、偏振角aop和椭圆率角w参数。

技术总结
本发明为解决现有偏振探测技术存在探测系统中光学器件匹配条件严格、探测精度不准确以及不能广泛适用于对运动目标进行实时探测的技术问题，而提供了一种基于声光可调谐滤波器的实时高光谱偏振成像系统及方法。本发明将偏振技术与高光谱成像技术相结合，在高光谱成像系统上增加偏振检测装置，配合相应的偏振调制器件和偏振测量算法，通过一次曝光就获得目标的单波长下多幅偏振分量图像，能够实时得到运动目标在波长调谐范围内任意一个波长下的四个偏振方向的高光谱强度图，再通过计算得到全斯托克斯矢量，进而得到被测目标的偏振度、偏振角、椭圆率角等参数。本发明不仅适用于对静止目标探测、也适用于对运动目标进行实时探测。测。测。


技术研发人员：王鹏冲 刘宏伟 郝雄波 刘欢 张朋昌 胡炳樑
受保护的技术使用者：内蒙航天动力机械测试所
技术研发日：2022.08.23
技术公布日：2022/11/15