[发明专利]一种红外全波段二维四向偏振调制光栅

说明书

本发明提供了一种红外全波段二维四向偏振调制光栅，包括包括光电成像探测组件和虚拟偏振像元光栅；所述虚拟偏振像元光栅具有四个偏振方向；探测器接收的入射波面每一时刻光强度信号经过虚拟偏振像元光栅实时调制成四向偏振信号，将四向偏振信号进行融合，解析出所述入射波面信息。本发明能够实现对目标的全红外波段偏振信息进行四向调制，进而复原出目标全波面信息，并具有很高的透射率和消光比。

技术领域

本发明涉及偏振光栅技术领域，具体涉及一种红外全波段二维四向偏振调制光栅。

背景技术

目前，对于片上集成的亚波长偏振光栅主要有两种分布方式，一种是由一个0°偏振方向、一个45°偏振方向以及两个无偏振像元组成，另一种是由四个偏振方向组成，即0°、45°、90°和135°，并按照超像元的方式进行排布。这两种方式均能够通过计算完全得出Stokes向量中的S0、S1和S2三个参数。但由于此类分布方式会引入不同偏振角度光栅之间的串音问题，并且偏振光栅难以完全覆盖整个感光区域，因此实际制作出的偏振光栅，其消光比远低于理论数值，严重影响了探测器对目标偏振信息的探测能力。同时，随着红外焦平面探测器朝着大规模、小型化、集成化方向发展，以及对更大视场和更高分辨率的需求，现有微加工工艺难以在此类焦平面探测器上进行超像元排布方式的亚波长金属偏振光栅的生长，其工艺难度较大且成本很高。

因此，如何提供一种具有良好的近红外偏振信息探测性能以及较大视场探测能力的虚拟偏振光栅以实现高效率全波段探测是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种红外全波段二维四向偏振调制光栅，基于虚拟偏振像元光栅技术，通过实时调制四相偏振信号，并在频域中实时地解调出目标波面的偏振态等多维度信息，进而复原出目标的全波面信息。本发明由于采用的虚拟计算光栅，即可实现目标的全波段偏振信息调制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种红外全波段二维四向偏振调制光栅，包括光电成像探测组件和虚拟偏振像元光栅；所述虚拟偏振像元光栅具有四个偏振方向；探测器接收的入射波面每一时刻光强度信号经过虚拟偏振像元光栅实时调制成四向偏振信号，将四向偏振信号进行融合，解析出所述入射波面信息。

优选的，所述虚拟偏振像元光栅结构为正交棋盘单元格样式。每个单元格调制成一种振动方向的光波，分别为0°、45°、90°、135°光交替。

优选的，将探测器接收的所述入射波面每一个时间点的光的强度信息，并与所述虚拟偏振像元光栅形成的光栅透过率函数融合，形成正交偏振图样。

优选的，所述光栅透过率函数t₁(x,y)的公式为：

其中，光栅表面坐标系设为直角XY坐标轴，x、y分别为X、Y方向的坐标值，光栅每个单元格的大小尺寸为a×b，即X方向尺寸为a，Y方向尺寸为b，j表示光波的矢量方向，k表示光波的传播波数。

优选的，所述虚拟偏振像元光栅光波波长透过率函数t_λ(λ_x,λ_y)＝1，则透过虚拟光栅总的透过率函数的公式为：

t_总(x,y)＝t_λ(λ_x,λ_y)·t₁(x,y)＝1·t₁(x,y)＝t₁(x,y)。

优选的，入射波面经过像元偏振光栅调制后每个像元调制一个方向角度，即0°、45°、90°、135°光交替。0°透过率设为I_0°，45°透过率设为I_45°，90°透过率设为I_90°，135°透过率设为I_135°，则根据斯托克斯原理，可得：