阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

李芮;李晓;王志斌;黄艳飞;王耀利;张瑞

【摘要】In order to apply near-infrared focal plane array detectors in imaging spectrometer polarization instruments to get the high-quality image information , a new type of imaging spectrometer detection techniques on basis of near -infrared focal plane array detectors was proposed combining with a photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter ( PEM-ISP) .A FPA-640 ×512 InGaAs focal plane array detector was used as an optical detector receiving element and a high -speed field-programmable gate array ( FPGA ) was used as the signal processing unit to get fast acquisition and parallel processing of the optical signal and meet the other requirements of the high-speed, real-time signal transmission and processing .The data collected by the high-speed A/D was storaged in the expanding outside SRAM of the FPGA in order to ensure the data integrity .And then, the data was ultimately transmitted to the host computer via USB for image restoration . The experimental results show that the system can be applied to PEM-ISP, achieve accurate detection and acquisition of the measurement signals and get complete image information .%为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器，得到高质量图像信息，结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术（ PEM-ISP），提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件，采用高速现场可编程门阵列（ FPGA）作为信号处理单元，做到对光学信号的

快速采集与并行处理，满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A ／D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中，以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机，上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明，该系统可以应用于PEM-ISP中，实现对测量信号的精确探测与采集，并得到完整的图像信息。

【期刊名称】《激光技术》

【年(卷),期】2014(000)006

【总页数】4页(P822-825)

【关键词】成像系统;三弹光调制器;成像光谱偏振探测技术;现场可编程门阵列

【作者】李芮;李晓;王志斌;黄艳飞;王耀利;张瑞

【作者单位】中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原030051;

中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原030051;中北大学山西

省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原030051;中北大学山西省光电信息与

仪器工程技术研究中心，太原030051;中北大学山西省光电信息与仪器工程技术

研究中心，太原030051;中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太

原030051

【正文语种】中文

【中图分类】TN215;O436.3

成像光谱仪和成像偏振仪是近些年来发展起来的两类光电传感器，成像光谱仪能够获得测量目标的图像信息以及光谱信息，成像偏振仪能够获得测量目标的图像信息以及偏振信息，将光谱探测功能和偏振探测功能集成到一个成像仪中则可以得到一

类新的光电传感器，即成像光谱偏振仪［1］。这种成像光谱偏振仪在生物医学、测量、工农业、环境监测、天文学、军事科学等领域均具有较高的应用价值［2］。2013年中北大学WANG等人提出三弹光差频调制偏振测量技术，是将3个弹光

调制器（photoelastic modulator，PEM）分别工作在不同的频率上，以实现对

被测光的差频调制，与传统的弹光调制偏振测量技术相比，该方法在保留其原有优点的同时，大大减小了调制后的光电流频率，使其可与普通面阵探测器实现很好的匹配［3］。本系统在实现目标探测功能中使用的高分辨率近红外焦平面阵探测器，可使整个系统具有较高的探测率和精确度［4］。由于现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）采用并行方式处理数字信息，使用FPGA实现探测器的时序控制，可满足系统高精度的要求，且设计灵活，程序和模块可移植性强［5-7］。因此，本文中结合弹光调制型成像光谱偏振探测（photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter，PEMISP）技术，提出了一

种基于FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器，以FPGA作为信号处理单元的成像光谱偏振探测技术，以得到近红外区域光源的图像信息、光谱信息以及偏振信息。

PEM-ISP系统图如图1所示。本系统中采用反射式光学成像系统，此成像方法光

路简单、波长范围大、色差小，可以很好地降低系统本身对偏振光测量产生的影响；三弹光差频调制部分由3组弹光调制器PEM1，PEM2，PEM3构成，3组弹光调制器分别工作在数值略有差异的3个频率ω1，ω2和ω3上，其中PEM2与

PEM3放置在PEM1前，PEM3与PEM1平行，PEM2与PEM1成45°，以实现

对偏振光的差频调制，并产生载有被测目标偏振信息的低频调制分量（0；ω1－

ω2；2ω1－2ω3），再通过相应的锁相放大技术，以弹光调制器的驱动信号作为参考信号，就可以从探测器的输出信号中一次测量获得Stokes矢量中的S＝（s1，s2，s3）；声光可调滤光片（acousto-optic tunable filter，AOTF）是利用声光