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    AOTF偏振光譜成像儀的原理及構造

    2018-03-02 11:23:59 北京波威科技有限公司 1680
    偏振超光譜成像技術是一個新興的交叉技術領域,探索該技術在航天、民用等領域的應用已經成為國內外的重點研究課題,特別是基于聲光可調諧濾波器(AOTF)的光譜成像儀,與傳統儀器相比,在工作機制和儀器設計上都有著眾多的優點。

    光譜成像技術利用多個光譜通道進行圖像數據的采集、顯示、處理和分析,是圖像分析技術與光譜分析技術的完美結合。

    隨著光譜成像技術的發展以及聲光可調諧濾波器(Acousto-optic Tunable Filter,AOTF)的出現,AOTF偏振光譜成像儀的研發已經成為國內外研究的熱點。

    國外的許多科研機構已經開發了應用于不同領域的基于聲光可調濾波技術的光譜成像儀,國內一些科研單位雖然也在此方面進行了積極的探索,但是還沒有進入實用階段的儀器產品問世。

    AOTF偏振光譜成像儀是目前獲取信息最多的一種光學遙感器,具有結構簡單、光譜波段寬、分辨率高等特點。

    其所獲取的數據中不僅包含了空間信息和光譜信息,還包含了待測目標的偏振信息,增強了所獲取待測目標的信息量。

    通過對不同波段情況下的目標圖像數據進行分析,可以獲得目標物的物質成分和相對豐度,在軍事、民用、航天等眾多領域都有著重要應用。

    AOTF原理

    AOTF是根據各向異性雙折射晶體聲光衍射原理而制成的一種新型分光器件,主要由聲光晶體,超聲換能器和聲吸收體構成,

    其基本原理如圖所示。

    北京波威科技有限公司

    AOTF有共線和非共線兩種工作模式,其通常處于反常布拉格衍射的非共線模式下進行工作。

    超聲換能器能夠將所加載的電信號轉換為同頻率的超聲波,在聲光晶體中超聲波與入射光波產生非線性效應。

    當超聲波矢量與入射光矢量滿足布拉格衍射條件時,入射光將發生布拉格衍射,且衍射光的偏振態與入射光的偏振態正交。

    當衍射發生時,入射光與衍射光必須滿足波矢量動態匹配條件:



    式中ni為入射光折射率,nd為衍射光折射率,λ為真空光波長,f為超聲波頻率,Va為矢量方向的超聲波速度值。

    結合AOTF的平行切線波矢布局,可以得到超聲波頻率與衍射波長的對應關系:


    式中θi為入射光矢量與晶體光軸間夾角,θd為衍射光矢量與晶體光軸間夾角。

    由于超聲波頻率f取決于驅動電信號的頻率,因此通過改變激勵聲波的驅動信號頻率,就可以實現對衍射光波長的控制,以達到濾波的目的。

    與傳統分光器件相比,AOTF具有體積小、無活動部件、通光孔徑大、衍射效率高、調諧范圍寬等眾多優點,從而使其在光譜成像技術上有著巨大的應用潛力。

    儀器結構

    實驗中所搭建的AOTF偏振光譜成像儀主要包括以下幾部分:

    前置光學系統
    AOTF分光系統
    CCD成像系統
    射頻驅動系統
    數據采集控制系統
    AOTF偏振光譜成像儀結構示意圖
    北京波威科技有限公司

    目標景物被光源照射后的反射光經過前置光學系統進行會聚、準直后進入到AOTF分光系統。

    由可控射頻信號源產生的射頻信號控制波長調諧,使入射光經過AOTF衍射后產生對應波段的零級衍射光和正負一級衍射光,正負一級衍射光即為偏振態正交的O光和E光。

    然后,經過后續光學系統分別成像于H通道和V通道的CCD陣列上,獲得單一波長的目標圖像。

    通過操控PC機上的數據采集控制系統,一方面可以調整射頻驅動器的驅動信號頻率,另一方面可以控制CCD相機的工作狀態,同時對相機所傳回的采集數據進行接收,進而可以得到AOTF調諧波段范圍內各波段的目標景物圖像。

    最后對所采集的各波段范圍的圖像數據進行存儲。

     

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