基于三光弹调制器的偏振成像仪

摘要

本发明公开了一种基于三光弹调制器的偏振成像仪，包括前置集光镜组、三PEM差频调制系统、成像镜组、CCD、锁相放大器和控制模块。来自目标的入射光线经集光镜组后，形成平行准直光束，由三PEM差频调制系统对其进行偏振调制，产生载有被测偏振信息的低频调制分量，再通过相应的锁相放大电路，最后通过成像镜组进行偏振成像。本发明公开的基于三光弹调制器的偏振成像仪结构及方法具有成像速度快、偏振测量精度高和光通量大等优点，可用于快速变化或移动目标偏振成像探测。

主权项

基于三光弹调制器的偏振成像仪，其特征在于：包括前置集光镜组、三弹光调制器差频调制系统、成像镜组、CCD、锁相放大器和控制模块，其中，前置集光镜组包括薄透镜、双胶合透镜、中继转像镜组、弯月透镜和双胶合镜，中继转像镜组又包括薄透镜、凹透镜、光阑和平凸镜，中继转像镜组放置在薄透镜和双胶合透镜构成的镜组的像面处，进行转像并对收集光束进行光束直径压缩；三弹光调制器差频调制系统，即三PEM差频调制系统，包括PEM1、PEM2和PEM3，分别由光弹调制器以及检偏器构成，PEM1、PEM2和PEM3的快轴取向分别与基准面成0°、45°、0°角，并分别工作在有微小差异的三个驱动频率上：ω1、ω2和ω3，以形成差频调制，光弹调制器包括弹光晶体、压电晶体以及其前后表面镀制的两个电极，其振动模态为一维纵向基频振动；成像镜组包括双胶合镜、凹透镜以及双胶合镜；来自目标的入射光线经集光镜组后，形成平行准直光束，由三PEM差频调制系统对平行准直光束进行偏振调制，产生载有被测偏振信息的低频调制分量，而后通过锁相放大器，最后通过成像镜组在CCD上实现偏振成像；控制模块由现场可编程门阵列处理器和三组A/D、D/A和LC谐振放大电路构成；控制模块的控制流程为：1)由现场可编程门阵列处理器产生三组角频率为ω1，ω2和ω3的正弦信号，经由D/A转换为模拟驱动信号，再通过LC谐振放大电路放大，产生驱动信号V_ω1,V_ω2,V_ω3；2)驱动信号V_ω1,V_ω2,V_ω3分别对PEM1、PEM2和PEM3进行驱动，并由三组A/D对反馈电流信号I_ω1,I_ω2,I_ω3进行转换，输入现场可编程门阵列处理器，以便于对三组PEM的工作状态进行实施监测；同时，现场可编程门阵列处理器给予锁相放大器三个参考信号ω1，ω2和ω3，并给予CCD一个同步触发信号，产生载有被测偏振信息的低频调制分量(0，ω1‑ω2，2ω1‑2ω3)；3)锁相放大器对CCD中的三个低频调制分量0，ω1‑ω2和2ω1‑2ω3进行锁相输出，测量获得Stokes矢量中的S0、S1和S2，CCD的帧频速度由同步触发信号控制，使其帧频fps等于2ω1‑2ω3，即CCD的积分周期与三PEM差频调制系统的偏振调制周期同步；4)通过成像镜组在CCD上实现偏振成像。