阅读说明：本技术 一种基于aotf的大口径平行单色偏振可调光源系统 (Large-caliber parallel monochromatic polarization adjustable light source system based on AOTF ) 是由 李占峰 王淑荣 黄煜 林冠宇 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统,属于偏振光学技术领域,首先通过光源发出稳定的连续谱光信号,经过平行光管产生均匀平行光束,入射到声光可调滤光器的入光端面,再通过改变换能器上射频驱动信号的频率,使得声光可调滤光器输出的+1级光束为目标波长的垂直偏振光,再通过声光可调滤光器后端的无偏扩束系统,将声光可调滤光器输出小口径的单色偏振光转换为大口径的单色偏振光。本发明在保证光谱分辨率较高的情况下,实现了大口径单色偏振光的输出,不但能提高光谱偏振遥感器的偏振定标精度,还可实现反射镜、光栅等核心偏振敏感元件的偏振特性测试,为设计和分析整机偏振偏特性分布提供了基础数据。(The invention discloses a large-caliber parallel monochromatic polarization adjustable light source system based on AOTF, which belongs to the technical field of polarization optics, and comprises the steps of firstly, sending a stable continuous spectrum light signal by a light source, generating uniform parallel light beams by a collimator, enabling the uniform parallel light beams to enter the light inlet end face of an acousto-optic adjustable filter, enabling a + 1-grade light beam output by the acousto-optic adjustable filter to be vertical polarized light with target wavelength by changing the frequency of a radio frequency driving signal on a transducer, and converting the monochromatic polarized light output by the acousto-optic adjustable filter into large-caliber monochromatic polarized light by a non-biased beam expanding system at the rear end of the acousto-optic adjustable filter. The invention realizes the output of large-aperture monochromatic polarized light under the condition of ensuring higher spectral resolution, not only can improve the polarization calibration precision of the spectral polarization remote sensor, but also can realize the polarization characteristic test of core polarization sensitive elements such as a reflector, a grating and the like, and provides basic data for designing and analyzing the polarization characteristic distribution of the whole machine.)

一种基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统

技术领域

本发明涉及偏振光学技术领域，尤其涉及一种基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统。

背景技术

偏振是光波的一种固有属性。一般的自然光源(如太阳)直接发射出的光波是非偏振的，但经过分子、粒子以及物体等介质表面反射、散射或折射后形成不同状态的偏振光，该偏振光的状态中包含表征这些介质物理状态和化学性质的大量信息。因此偏振光谱遥感在地球环境监测、军事侦察、材料特性研究、天文研究以及偏振导航等领域具有广阔的应用前景，近年来偏振光谱遥感研究已成为热点。

随着偏振光谱遥感定量化精度要求的不断提高，偏振光谱遥感器的偏振定标逐渐被重视。而偏振定标的核心装置是偏振态已知并且可调的偏振光源。利用偏振光源输出的已知偏振度的光入射到偏振遥感器中，得到不同偏振态下偏振遥感器的偏振响应，完成偏振定标。因此一定程度上偏振光源系统决定着偏振遥感器的偏振定标精度。

目前偏振定标中常用的偏振光源是由白光光源、积分球、扩束器准直系统以及偏振调节器组成。偏振调节器包括360°圆形转台和线偏器。线偏器的类型主要有片堆起偏器、金属线栅起偏器和棱镜偏振器。这种常用的偏振光源输出的是复色偏振光，不能输出单色偏振光，只能通过被定标偏振遥感器自身分光系统进行分光后进行单色偏振定标，不能实现元件级的偏振特性定标。而对于滤光片分光的偏振遥感器来说，由于滤光片的带宽较大，会引入一定的单色偏振定标误差。而棱镜偏振器输出偏振光的口径一般小于30mm，不能满足大口径光谱仪系统偏振特性测试。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统，采用声光可调滤光器(AOTF)作为核心器件，可同时实现高分辨率的分光和高精度的起偏功能。解决了目前偏振光源不能输出单色偏振光或输出偏振单色的带宽较大的问题。在保证偏振度不变的前提下，通过在声光可调滤光器(AOTF)后增加无偏扩束系统，实现大孔径单色偏振光的输出，解决了目前声光可调滤光器(AOTF)口径限制问题。本发明的大口径单色偏振可调光源系统在保证光谱分辨率较高的情况下，实现了大口径单色偏振光的输出，不但能提高光谱偏振遥感器的偏振定标精度，还可实现反射镜、光栅等核心偏振敏感元件的偏振特性测试，为设计和分析整机偏振偏特性分布提供了基础数据。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

本发明提供了一种基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统，首先通过光源发出稳定的连续谱光信号，经过平行光管产生均匀平行光束，入射到声光可调滤光器的入光端面，再通过改变换能器上射频驱动信号的频率，使得声光可调滤光器输出的+1级光束为目标波长的垂直偏振光，再通过声光可调滤光器后端的无偏扩束系统，将声光可调滤光器输出小口径的单色偏振光转换为大口径的单色偏振光。

进一步地，所述光源选用输出光信号稳定性优于0.2％/小时的1000瓦卤钨灯光源。

进一步地，所述光源位于平行光管的焦点上。

进一步地，所述光源经过平行光管产生的平行光束的发散角小于0.02°。

进一步地，所述平行光管输出平行光束的口径为12mm。

进一步地，所述声光可调滤光器的通光孔径为10mm。

进一步地，平行光束的入射方向与声光可调滤光器的入光端面法线的夹角为2°～5°。

进一步地，所述声光可调滤光器及射频驱动安装在一个中心通光的圆形转台上，通过旋转圆形转台的角度，改变射频驱动的频率，实现输出单色偏振光的偏振方向的变化。

进一步地，所述无偏扩束系统由两个共焦的球面透镜组成，并在共焦面上放置一个视场光阑，以消除声光可调滤光器输出的0级光束和-1级光束。

进一步地，两个共焦的球面透镜包括一个聚焦透镜和一个准直透镜，声光可调滤光器输出的+1级单色偏振光，0级复色光以及-1级单色偏振光照射到聚焦透镜上，三种光束分布聚焦到透镜的焦平面上，+1级单色偏振光聚焦到焦点上，视场光阑阻挡0级复色光和-1级单色偏振光进入后续光路，+1级单色偏振光束通过视场光阑入射到准直透镜表面，经准直透镜输出大口径单色偏振平行光束，所述准直透镜与聚焦透镜的焦距比为8:1。

与现有技术相比，本发明的技术效果：

本发明提供的基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统，解决目前偏振光源系统不能输出单色偏振光的缺点，通过利用声光可调滤光器作为核心器件，同时实现了分光和起偏，得到了单色偏振光束。由于声光可调滤光器的通光口径一般角小，因此在声光可调滤光器输出后增加了无偏扩束系统，增大了输出单色偏振平行光束的有效口径，扩大了该单色偏振光源系统的应用范围。此外，通过增加圆形转台实现了偏振方向可调，满足了光谱仪整机以及反射镜、光栅等核心偏振敏感元件的偏振特性测试需求，简化了偏振特性测试系统，提高了偏振特性测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统的光路图。

附图标记说明：

1、光源；2、平行光管；3、声光可调滤光器；4、射频驱动；5、；6、；7、；8、。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的基于AOTF的大口径平行单色偏振可调光源系统，如图1所示，首先通过光源1发出稳定的连续谱光信号，经过平行光管2产生均匀平行光束，入射到声光可调滤光器3的入光端面，再通过改变换能器上射频驱动4信号的频率，使得声光可调滤光器3输出的+1级光束为目标波长的垂直偏振光，再通过声光可调滤光器3后端的无偏扩束系统，将声光可调滤光器输出小口径的单色偏振光转换为大口径的单色偏振光。

具体地，为了覆盖紫外、可见及近红外波段，所述光源1选用高强度高稳定性的光源，例如输出光信号稳定性优于0.2％/小时的1000瓦卤钨灯光源。所述光源1位于平行光管的焦点上。所述光源1经过平行光管2产生的平行光束的发散角小于0.02°。所述平行光管2将焦点上的卤钨灯发出的光准直成平行光束，其输出平行光束的口径为12mm。平行光束入射到声光可调滤光器3的入光端面，所述声光可调滤光器3的通光孔径为10mm，声光可调滤光器3同时起到了分光和起偏作用，使输出光束变为单色偏振光束。

作为优选的实施方式，为了保证声光可调滤光器输出+1单色偏振光束保持水平方向，平行光束的入射方向与声光可调滤光器3的入光端面法线有一定的夹角，夹角优选为2°～5°。

平行光束入射到声光可调滤光器里发生衍射，输出+1级单色偏振光，0级复色光以及-1级单色偏振光。为了改变输出光束的偏振方向，得到不同偏振方向的单色偏振光，所述声光可调滤光器3及射频驱动4安装在一个中心通光的圆形转台上，其中射频驱动额作用是通过改变射频驱动系统的频率使得声光可调滤光器输出不同波长的单色偏振光。圆形转台的作用是通过带动声光可调滤光器旋转，使得声光可调滤光器输出不同偏振方向的单色光偏振光。通过旋转圆形转台的角度，改变射频驱动的频率，实现输出单色偏振光的偏振方向的变化。圆形转台5可实现360°旋转，转角精度为优于0.05°。设置合适的射频驱动频率调节范围，使得输出单色光波长能覆盖紫外、可见及近红外波段。

进一步地，所述无偏扩束系统由两个共焦的球面透镜组成，并在共焦面上放置一个视场光阑7，以消除声光可调滤光器3输出的0级光束和-1级光束，阻止0级复色光以及-1级单色偏振光束进入后续系统，保证了最后输出光束的偏振度和光谱分辨率。

具体地，两个共焦的球面透镜包括一个聚焦透镜6和一个准直透镜8，声光可调滤光器3输出的+1级单色偏振光，0级复色光以及-1级单色偏振光照射到聚焦透镜6上，三种光束分布聚焦到透镜6的焦平面上，+1级单色偏振光聚焦到焦点上，视场光阑7阻挡0级复色光和-1级单色偏振光进入后续光路，保证了后续光束的偏振度和光谱分辨率。+1级单色偏振光束通过视场光阑7入射到准直透镜8表面，经准直透镜8输出大口径单色偏振平行光束，所述准直透镜8与聚焦透镜6的焦距比为8:1。而且两个透镜共焦点，因此透镜8输出光束的口径为透镜6输入光束口径的8倍。例如声光可调滤光器3的通光孔径为10mm，所以透镜8输出单色偏振平行光束的口径可达80mm，能满足大部分光谱仪和光学元件的使用需求。

因此通过上述系统可得到大孔径单色偏振平行光束，且偏振方向可调，解决目前偏振光源系统不能输出单色偏振光的缺点。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。