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基于声光滤光和液晶相位调谐的高光谱全偏振成像新技术

李克武 王志斌 杨常青 张瑞 王耀利 宋雁鹏

基于声光滤光和液晶相位调谐的高光谱全偏振成像新技术

李克武, 王志斌, 杨常青, 张瑞, 王耀利, 宋雁鹏
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  • 为了获取高光谱分辨率、高空间分辨率、高偏振精度、高信噪比和稳定性好的全部Stokes参量光谱图像, 考虑到声光可调谐滤光器(acousto-optical tunable filter, AOTF)的±1级衍射光的正交特性, 提出用一个AOTF滤光, 一个液晶可变延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)进行相位调制和两个CCD相机分别对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像新技术. 从所采用的光学元件的穆勒矩阵出发, 阐述了该技术的基本工作原理; 理论分析表明, LCVR不但不会影响到第一个Stokes参量的探测精度, 而且后3个Stokes参量的相对误差分别优于0.064%, 0.31%和3.97%; 利用原理样机获取了450–700 nm、光谱带宽为10 nm的26个光谱通道的图像数据, 成像质量良好; 以工作波长为600 nm的入射光为例, 对其全部Stokes参量图像进行了具体分析讨论. 结果表明, 该新技术原理正确, 方案可行. 该研究可为光谱偏振成像技术提供新的理论和实现方案.
    • 基金项目: 国家国际科技合作专项项目(批准号: 2013DFR1015)和国家自然科学基金(批准号: 61127015)资助的课题.
    [1]

    Li J, Zhu J P, Qi C, Zheng C L, Gao B, Zhang Y Y, Hou X 2013 Acta Phys. Sin. 62 044206 (in Chinese) [李杰, 朱京平, 齐春, 郑传林, 高博, 张云尧, 侯洵 2013 物理学报 62 044206]

    [2]

    Mu T K, Zhang C M, Li Q W, Wei Y T, Chen Q Y, Jia C L 2014 Acta Phys. Sin. 63 110704 (in Chinese) [穆廷魁, 张淳民, 李祺伟, 魏宇童, 陈清颖, 贾辰凌 2014 物理学报 63 110704]

    [3]

    Chen Y H, Wang Z B, Wang Z B, Zhang R, Wang Y C, Wang G J 2013 Acta Phys. Sin. 62 060702 (in Chinese) [陈友华, 王召巴, 王志斌, 张瑞, 王艳超, 王冠军 2013 物理学报 62 060702]

    [4]

    Zhang C M, Ren W Y, Mu T K 2010 Chin. Phys. B 19 024202

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    Wu J F, Zhang C M 2010 Chin. Phys. B 19 034201

    [6]

    Hasekamp O P, Landgraf J 2007 Appl. Opt. 46 3332

    [7]

    Scharmer G B, Narayan G, Hillberg T 2008 Astrophys. J. 689 169

    [8]

    Nathan J P, Andrew R D, Michael J, Joseph A 2011 Opt. Express 19 18602

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    Zhao Y Q, Pan Q, Cheng Y M 2011 Imaging Spectro-polarimetric Remote Sensing and Application (Beijing: National Defense Industry Press) (in Chinese) [赵永强, 潘泉, 程咏梅 2011 成像偏振光谱遥感及应用 (北京:国防工业出版社)]

    [10]

    Zhang C M 2010 Interference Imaging Spectroscopy (Beijing: Science Press) pp17-32 (in Chinese) [张淳民 2010 干涉成像光谱技术 (北京:科学出版社)第17-32页]

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    Zhao H J, Zhou P W, Zhang Y, Cheng X, Xing H 2009 Infrared and Laser Engineering 38 189 (in Chinese) [赵慧洁, 周鹏威, 张颖, 程宣, 邢辉 2009 红外与激光工程 38 189]

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    Li K W, Wang Z B, Zhang R, Yu H 2015 Chin. J. Laser 42 0108001-1 (in Chinese) [李克武, 王志斌, 张瑞, 于慧 2015 中国激光 42 0108001-1]

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    Neelam G, Rachid D, Steve C 2002 Opt. Eng. 41 1033

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    Zhang Y, Zhao H J, Cheng X, Xiong S J 2011 Spectrosc. Spect. Anal. 31 1375 (in Chinese) [张颖, 赵慧洁, 程宣, 熊胜军 2011 光谱学与光谱分析 31 1375]

    [15]

    Neelam G 2014 Proc. SPIE 9099 90990N-1

    [16]

    Yu K X, Ding X H, Pang Z G 2011 Acousto Optic Principle and Acousto Optic Device (Beijing: Science Press) p257 (in Chinese) [俞宽新, 丁晓红, 庞兆广 2011 声光原理与声光器件 (北京:科学出版社)第257页]

    [17]

    Liao Y B 2003 Polarization Optics (Beijing: Science Press) p49 (in Chinese) [廖延彪 2003 偏振光学 (北京:科学出版社)第49页]

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    Zhang Y, Zhao H J, Cheng X, Xiong S J 2011 Spectrosc. Spect. Anal. 31 1375 (in Chinese) [张颖, 赵慧洁, 程宣, 熊胜军 2011 光谱学与光谱分析 31 1375]

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-28
  • 修回日期:  2015-02-12
  • 刊出日期:  2015-07-20

基于声光滤光和液晶相位调谐的高光谱全偏振成像新技术

  • 1. 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 太原 030051;
  • 2. 中北大学信息与通信工程学院, 太原 030051;
  • 3. 中北大学, 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
    基金项目: 

    国家国际科技合作专项项目(批准号: 2013DFR1015)和国家自然科学基金(批准号: 61127015)资助的课题.

摘要: 为了获取高光谱分辨率、高空间分辨率、高偏振精度、高信噪比和稳定性好的全部Stokes参量光谱图像, 考虑到声光可调谐滤光器(acousto-optical tunable filter, AOTF)的±1级衍射光的正交特性, 提出用一个AOTF滤光, 一个液晶可变延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)进行相位调制和两个CCD相机分别对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像新技术. 从所采用的光学元件的穆勒矩阵出发, 阐述了该技术的基本工作原理; 理论分析表明, LCVR不但不会影响到第一个Stokes参量的探测精度, 而且后3个Stokes参量的相对误差分别优于0.064%, 0.31%和3.97%; 利用原理样机获取了450–700 nm、光谱带宽为10 nm的26个光谱通道的图像数据, 成像质量良好; 以工作波长为600 nm的入射光为例, 对其全部Stokes参量图像进行了具体分析讨论. 结果表明, 该新技术原理正确, 方案可行. 该研究可为光谱偏振成像技术提供新的理论和实现方案.

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