空间调制干涉光谱成像仪偏振度测试

　　0　引言

　　干涉光谱成像技术[1-2]是20世纪90年代前后发展起来的一种新型的光谱成像技术,由于它在原理上具有高光谱分辨率和高能量利用率等优点,近年来受到广泛关注和研究.

　　空间调制干涉光谱成像仪作为无动件的干涉光谱成像仪,与传统色散型光谱成像仪[3]的区别在于它是基于干涉仪的干涉,在探测器上得到地物目标的一维空间信息和一维光谱信息,并通过推扫成像得到地物目标的另一维空间信息.

　　干涉光谱成像仪的定标是干涉光谱成像技术应用的一个重要环节,是指确定干涉光谱成像仪输出准确性数值的过程.近年来,国内外学者们在此领域开展着相应的研究工作[4-5],但是关于它的偏振特性的研究尚不多见.

　　对航天遥感器而言,其遥感的全过程中都涉及到偏振问题[6].在遥感系统中,任何光学界面都会引起非正入射光波偏振态的改变,特别是包括45°反射镜、棱镜、光栅的遥感系统.对于整个系统来说,入射光波偏振态会受到光学系统偏振特性的影响,发生某种程度上的变化,造成总入射光强和仪器响应输出得变化.由于来自地面目标的光具有一定的偏振特性,而辐射定标是在非偏振状态下进行.因此,在定标准确度的评价中有必要对其光学系统的偏振特性进行测定[7-10].本文利用极值搜索法,建立了空间调制干涉光谱成像仪偏振度测试系统,并对干涉光谱成像仪的偏振度进行了实验测量.

　　1　偏振特性的研究方法

　　仪器偏振特性的研究方法包括两种:计算机分析法和实验测量法.设计时根据其工作原理采取必要的措施控制系统的偏振度.控制方法主要包括系统中的反射面镀高反射率的膜层;系统中避免使用大曲率半径的镜片面形,以减小每一个面的入射角等.实验待测的空间调制干涉光谱成像仪系统的设计要求为偏振度小于5%.仪器研制完成后,通过实验测试,最终确定系统的偏振特性,并将结果用于辐射定标不确定度的分析过程中.

　　本文采用极值搜索法测量干涉光谱成像仪的偏振特性.即,对于强度不变的入射非偏振光,通过偏振元件成为线偏振光,旋转偏振元件,改变线偏振光入射仪器的方向,记录仪器响应的极值,通过偏振度计算公式得到仪器偏振特性.

　　偏振度(Degree of Polarization,DOP)[11]是衡量部分偏振光偏振程度大小的物理量,定义为

　　式中Ip和Is分别表示偏振光s分量和p分量线偏振光的强度.偏振度P反应了不同振动方向的偏振光对仪器响应输出的相对变化率.

　　空间调制干涉光谱成像仪在原理上不同于一般的CCD相机和色散型光谱成像仪,像面上得到的是明暗相间的干涉条纹,如图1.零光程差列为与狭缝对应的空间图像,此列像元的输出值就反应了仪器对输入光的响应.它的偏振度计算公式中的偏振强度应为仪器采集的有效响应值,也就是说应去除暗电流值,则在某一增益下有