空间调制外差干涉型偏振光谱测量系统

宋志平; 操宁; 张晨; 李思亮; 李志伟; 罗海燕; 熊伟; 张军

doi:10.37188/OPE.20233107.0992

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空间调制外差干涉型偏振光谱测量系统

现代应用光学 | 更新时间：2023-04-14

- 空间调制外差干涉型偏振光谱测量系统
- Spectropolarimetric measurement system based on spatially modulated heterodyne interference
- 光学精密工程 2023年31卷第7期页码：992-999
- 作者机构：
  
  1.安徽大学物理与光电工程学院，安徽合肥 230039
  2.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥 230031
- 作者简介：
  
  [ "宋志平（1967-），男，安徽肥西人，教授，硕士生导师，2003年、2011年于中国科学院研究生院分别获得硕士和博士学位，主要从事偏振光谱信息获取技术方法的研究。E-mail： zpsong@ahu.edu.cn" ]
  [ "操宁（1997-），男，安徽安庆人，硕士研究生，2020年于安徽工业大学获得学士学位，主要从事偏振光谱信息获取技术方法的研究。E-mail：b20301101@stu.ahu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2022YFF0604801);国家自然科学基金资助项目(41975033;U1531113)
- DOI：10.37188/OPE.20233107.0992
  中图分类号： O433.1
- 收稿日期：2022-05-17，
  
  修回日期：2022-09-18，
  
  纸质出版日期：2023-04-10
- 稿件说明：
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宋志平,操宁,张晨等.空间调制外差干涉型偏振光谱测量系统[J].光学精密工程,2023,31(07):992-999.

SONG Zhiping,CAO Ning,ZHANG Chen,et al.Spectropolarimetric measurement system based on spatially modulated heterodyne interference[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(07):992-999.
宋志平,操宁,张晨等.空间调制外差干涉型偏振光谱测量系统[J].光学精密工程,2023,31(07):992-999. DOI： 10.37188/OPE.20233107.0992.

SONG Zhiping,CAO Ning,ZHANG Chen,et al.Spectropolarimetric measurement system based on spatially modulated heterodyne interference[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(07):992-999. DOI： 10.37188/OPE.20233107.0992.

摘要

鉴于偏振光谱仪系统追求的目标是高偏振光谱分辨率、全Stokes谱静态测量、兼顾小体积轻质量，结合偏振光谱强度调制技术与空间外差干涉技术，提出空间调制外差干涉型偏振光谱仪系统。介绍了空间调制外差干涉型偏振光谱仪系统的结构原理，并对系统干涉图数据采集和全Stokes矢量解调复原进行了理论分析，给出了完整数学推导。结合空间外差光谱仪参数，匹配设计了调制器模块，给出一套完整的设计实例。在实验室搭台建立空间调制外差干涉型偏振光谱仪原理实验装置，通过对已知偏振态线偏振光的测量实验以及实验数据解析，验证系统原理及测量数据处理流程的正确性。结果表明：几种已知偏振态的线偏振光，由实验装置测量数据解析得到的Stokes矢量谱与理论分析结果基本一致，误差小于3%，验证了空间调制外差干涉型偏振光谱获取技术的可行性。

Abstract

The design goals of a spectropolarimetric system are higher spectropolarimetric resolution， a smaller and lighter system， and static measurement of the full Stokes spectrum. Therefore， the spatially modulated heterodyne interference spectropolarimetric system， which combines the technologies of intensity modulation and spatial heterodyne was proposed. While the process of all mathematical derivation was displayed， the principle and structure of the system were presented and a theoretical analysis of the interferogram data acquisition and full Stokes parameters demodulation restoration was carried out. The matching modulator module was designed and a complete design example was finished based on the parameters of the spatial heterodyne spectrometer used. A principle experimental device of spatially modulated heterodyne interference spectropolarimetric system was established in the laboratory， and the feasibility of the principle and measurement data processing flow of the system was verified by analyzing the measurement experiments and experimental data of linearly polarized light with a known polarization state. The measurement and analysis results of the experimental data are consistent with the theoretical results， and the error is less than 3% This verifies the feasibility of principle of the spatial modulation heterodyne interference spectropolarimetric system.

关键词

Keywords

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张然，桂心远，成昊远，等 . 基于偏振成像的低光照强背景噪声下的目标位姿估计［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 4 ）： 647 - 655 . doi: 10.37188/ope.20212904.0647 http://dx.doi.org/10.37188/ope.20212904.0647

ZHANG R ， GUI X Y ， CHENG H Y ， et al . Target pose estimation based on polarization imaging in low light and strong background noise ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 4 ）： 647 - 655 . （in Chinese） . doi: 10.37188/ope.20212904.0647 http://dx.doi.org/10.37188/ope.20212904.0647

杨斌，颜昌翔，张军强，等 . 多通道型偏振成像仪的偏振定标［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 5 ）： 1126 - 1134 . doi: 10.3788/ope.20172505.1126 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172505.1126

YANG B ， YAN CH X ， ZHANG J Q ， et al . Polarimetric calibration of multi-channel polarimetric imager ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 5 ）： 1126 - 1134 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20172505.1126 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172505.1126

宋志平，殷雨豪，张明辉，等 . 基于可调偏振度源验证偏振光谱强度调制系统［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 3 ）： 477 - 481 . doi: 10.3788/ope.20162403.0477 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162403.0477

SONG ZH P ， YIN Y H ， ZHANG M H ， et al . Verification of PSIM system based on tunable polarization light source ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 3 ）： 477 - 481 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20162403.0477 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162403.0477

袁银麟，郑小兵，吴浩宇，等 . 基于傅里叶变换的强度调制型光谱偏振分析仪［J］. 光学学报， 2014 ， 34 （ 12 ）： 279 - 286 . doi: 10.3788/aos201434.1223001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201434.1223001

YUAN Y L ， ZHENG X B ， WU H Y ， et al . A intensity modulated spectro-polarimetric analyzer based on Fourier transformation ［J］. Acta Optica Sinica ， 2014 ， 34 （ 12 ）： 279 - 286 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201434.1223001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201434.1223001

李杰，朱京平，齐春，等 . 静态傅里叶变换超光谱全偏振成像技术［J］. 物理学报， 2013 ， 62 （ 4 ）： 185 - 190 . doi: 10.7498/aps.62.044206 http://dx.doi.org/10.7498/aps.62.044206

LI J ， ZHU J P ， QI CH ， et al . Static Fourier-transform hyperspectral imaging full polarimetry ［J］. Acta Physica Sinica ， 2013 ， 62 （ 4 ）： 185 - 190 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.62.044206 http://dx.doi.org/10.7498/aps.62.044206

OKA K ， KATO T . Spectroscopic polarimetry with a channeled spectrum ［J］. Optics Letters ， 1999 ， 24 （ 21 ）： 1475 - 1477 . doi: 10.1364/ol.24.001475 http://dx.doi.org/10.1364/ol.24.001475

廖延彪 . 偏振光学［M］. 北京：科学出版社， 2003 .

LIAO Y B . Polarization Optics ［M］. Beijing ： Science Press ， 2003 . （in Chinese）

KUDENOV M W ， HAGEN N A ， DERENIAK E L ， et al . Fourier transform channeled spectropolarimetry in the MWIR ［J］. Optics Express ， 2007 ， 15 （ 20 ）： 12792 . doi: 10.1364/oe.15.012792 http://dx.doi.org/10.1364/oe.15.012792

KUDENOV M W ， HAGEN N A ， LUO H T ， et al . Polarization acquisition using a commercial Fourier transform spectrometer in the MWIR ［C］. SPIE Proceedings， Infrared Detectors and Focal Plane Arrays VIII . San Diego， California， USA. SPIE ， 2006 ， 6295 ： 62950A . doi: 10.1117/12.688401 http://dx.doi.org/10.1117/12.688401

王新全，相里斌，胡亮，等 . 基于可调偏振度源验证偏振光谱强度调制系统［J］. 光谱学与光谱分析， 2011 ， 31 （ 7 ）： 1980 - 1984 .

WANG X Q ， XIANG L B ， HU L ， et al .. Study and Simulation of the Intensity Modulation-Fourier Transform Spectropolarimeter ［J］. Spectrosc. Spectr. Anal. ， 2011 ， 31 （ 7 ）： 1980 - 1984 . （in Chinese）

胡劲松，宋志平 . PSIM偏振光谱仪测量数据处理算法与实现［J］. 软件导刊， 2019 ， 18 （ 1 ）： 69 - 72 .

HU J S ， SONG ZH P . Measurement data processing algorithm and realization of spectropolarimeter based on PSIM ［J］. Software Guide ， 2019 ， 18 （ 1 ）： 69 - 72 . （in Chinese）

宋志平，张明辉，洪津，等 . 新型偏振光谱仪调制器的简易装调方法［J］. 光学技术， 2014 ， 40 （ 6 ）： 560 - 564 . doi: 10.3788/gxjs20144006.0560 http://dx.doi.org/10.3788/gxjs20144006.0560

SONG ZH P ， ZHANG M H ， HONG J ， et al . Simple and precise method for assembling the modulator of an intensity modulation spectropolarimeter ［J］. Optical Technique ， 2014 ， 40 （ 6 ）： 560 - 564 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gxjs20144006.0560 http://dx.doi.org/10.3788/gxjs20144006.0560

宋志平，洪津，乔延利 . 强度调制偏振光谱仪的系统设计［J］. 光学精密工程， 2010 ， 18 （ 11 ）： 2325 - 2331 . doi: 10.3788/OPE.20101811.2325 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20101811.2325

SONG ZH P ， HONG J ， QIAO Y L . System design of intensity modulation spectropolarimeter ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2010 ， 18 （ 11 ）： 2325 - 2331 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20101811.2325 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20101811.2325

吴磊，张淳民，袁艳，等 . 萨伐尔偏光镜横向剪切量和光程差的精确计算［J］. 光学学报， 2005 ， 25 （ 7 ）： 885 - 890 . doi: 10.3321/j.issn:0253-2239.2005.07.005 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0253-2239.2005.07.005

WU L ， ZHANG CH M ， YUAN Y ， et al . Exact calculation of the lateral displacement and optical path difference of Savart polariscopes ［J］. Acta Optica Sinica ， 2005 ， 25 （ 7 ）： 885 - 890 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:0253-2239.2005.07.005 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0253-2239.2005.07.005

DEHOOG E ， LUO H T ， OKA K ， et al . Snapshot polarimeter fundus camera ［J］. Applied Optics ， 2009 ， 48 （ 9 ）： 1663 - 1667 . doi: 10.1364/ao.48.001663 http://dx.doi.org/10.1364/ao.48.001663

叶松，严浩方，孙晓兵，等 . 空间调制型全偏振成像系统的图像解调算法修正［J］. 光学学报， 2019 ， 39 （ 6 ）： 74 - 80 . doi: 10.3788/aos201939.0607001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201939.0607001

YE S ， YAN H F ， SUN X B ， et al . Modified image demodulation algorithm for spatially modulated full-polarization imaging systems ［J］. Acta Optica Sinica ， 2019 ， 39 （ 6 ）： 74 - 80 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201939.0607001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201939.0607001

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