Wollaston棱镜分束特性研究及在干涉成像中的应用

发布时间：2020-10-08 18:40

　　双折射型干涉成像光谱技术是一种有效的光学探测手段,有着结构简单、体积紧凑、高通量以及高光谱分辨率等优点,在物质分类、目标识别、环境检测以及生物医学等领域有着重要的应用。本文从该类双折射型干涉成像系统的核心分束器件Wollaston棱镜出发,详细分析了冰洲石晶体材料的三种Wollaston式偏光分束棱镜的光学特性,并提出了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜的设计方案,为该类棱镜应用到多光束探测领域中提供了理论基础与可能性。在此基础上,提出了光谱分辨率可调的新型差分偏振干涉成像系统,并设计了两种实现方案:基于Wollaston棱镜角剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统以及基于宽视场Savart偏光镜横向剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统,理论分析与实验验证表明该系统具有正交偏振信息同时获取能力以及系统光谱分辨率可调的优良特性,增强了该技术的信息获取能力与对多任务目标的探测能力。文章的主要内容包括:第一章绪论概要介绍了干涉成像光谱技术的基本概念、分类以及双折射型干涉成像光谱技术的发展现状,简要总结了论文研究的主要内容。第二章简要分析了常规Wollaston棱镜的光学特性,研究了入射光方位角对棱镜分束性能的影响,给出了棱镜分束角随入射角和方位角的变化关系。第三章是对两种新型Wollaston式偏光分束棱镜性能参数的理论分析。分析了对称分束式Wollaston棱镜分束对称性的影响因素以及结构角对于光强分束比的影响;设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜,分析了棱镜的分光原理,研究了棱镜结构角对光强分束比和分束角的影响,并给出了实现平行分束的结构方案。第四章简要阐述了偏振成像光谱技术和差分偏振成像技术的基本理论,提出了两种光谱分辨率可调的新型差分偏振干涉成像系统的设计方案:基于Wollaston棱镜角剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统以及基于宽视场Savart偏光镜横向剪切和双Wollaston棱镜横向剪切组合的差分偏振干涉成像系统,分别分析了系统的差分偏振干涉原理和光谱分辨率调节原理,并进行了数值仿真与实验测试,证明了方案的可行性。本文研究表明:通过对常规Wollaston棱镜出射面进行修定,可以实现Wollaston棱镜的严格对称分束,但棱镜分束对称性受入射角影响较大;新型Wollaston式多光束分束棱镜能够实现四束偏振光分束,通过控制棱镜结构角大小可实现分束光强的近似均分,具有良好的偏光分束特性以及潜在的应用前景。基于Wollaston棱镜的差分偏振干涉成像系统具有同时获取正交偏振方向信息以及光谱分辨率可调的能力,能够满足多目标、多任务光谱图像探测需求,具有增强目标识别度的优点,对于提高干涉成像光谱技术的探测性能有一定的指导意义。
【学位单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O436.3
【部分图文】：

原理图,迈克尔逊,干涉成像光谱仪,原理图

基于迈克尔逊型干涉成像光谱仪原理图

傅里叶变换光谱仪

基于Savart棱镜的傅里叶变换光谱仪

双折射晶体,光路图

基于双折射晶体DASI光路图

【参考文献】