[發(fā)明專利]全光場全斯托克斯參量檢測裝置和檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210015266.4
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102538971A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 曹紹謙;步鵬;步揚;王向朝;湯飛龍;李中梁
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種全光場全斯托克斯參量檢測裝置，其特征在于，該裝置包括：補償器(2)、微偏振檢偏器陣列(3)、CCD探測器陣列(4)、放大器(6)、同步數(shù)據(jù)采集卡(7)、計算機系統(tǒng)(8)及偏壓控制器(9)，其位置關(guān)系是：沿著待測光學系統(tǒng)(1)所產(chǎn)生的平行入射光束前進方向上，依次是所述的補償器(2)、微偏振檢偏器陣列(3)和CCD探測器陣列(4)；

所述微偏振檢偏器陣列(3)是由微偏振檢偏器超像素(301)的陣列組成，所述的微偏振檢偏器超像素(301)由0度線偏振微檢偏器(302)、45度線偏振微檢偏器(303)、90度線偏振微檢偏器(304)和135度線偏振微檢偏器(305)組成；所述的CCD探測器陣列(4)是由CCD探測器超像素(401)的陣列組成的，所述CCD探測器陣列超像素(401)是由四個相同的CCD探測器子像素組成；所述的微偏振檢偏器陣列(3)和所述的CCD探測器陣列(4)集成在一起，使所述的微偏振檢偏器超像素(301)陣列和CCD探測器超像素(401)陣列一一對準，形成對準超像素陣列(301-401)；

所述的CCD探測器陣列(4)經(jīng)所述的放大器(6)、同步數(shù)據(jù)采集卡(7)與所述的計算機系統(tǒng)(8)的輸入端相連，該計算機系統(tǒng)(8)的輸出端接所述的偏壓控制器(9)的輸入端，該偏壓控制器(9)的輸出端接所述的補償器(2)的控制端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光場全斯托克斯參量檢測裝置，其特征在于：所述補償器(2)為光彈調(diào)制器、液晶相位延遲器、鈮酸鋰晶體等光學元件或者器件。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光場全斯托克斯參量檢測裝置，其特征在于：所述同步數(shù)據(jù)采集卡(7)是具有A/D轉(zhuǎn)換功能的多通道高速數(shù)據(jù)采集卡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光場全斯托克斯參量檢測裝置，其特征在于：所述計算機(8)安裝有數(shù)據(jù)處理、分析軟件以及偏壓控制器(9)的偏壓控制軟件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光場全斯托克斯參量檢測裝置，其特征在于：所述偏壓控制器(9)是0V-6000V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。

6.利用權(quán)利要求1所述的全光場全斯托克斯參量檢測裝置對平行入射光的全光場全斯托克斯參量的檢測方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

①改變偏控電壓，得到電光延遲為2π的光強矩陣：

計算機系統(tǒng)(8)通過所述的偏壓控制器(9)改變所述的補償器(2)上偏控電壓的大小，使所述的補償器(2)產(chǎn)生的電光延遲為2π，此時，待測光學系統(tǒng)(1)產(chǎn)生的平行入射光束通過所述的補償器(2)照射在所述的微偏振檢偏器陣列(3)的超像素(301)，由所述的CCD探測器(4)陣列的超像素(401)對光強信號進行探測，與所述的微偏振檢偏器超像素(301)中的四個微檢偏器子像素：0度線偏振微檢偏器(302)、45度線偏振微檢偏器(303)、90度線偏振微檢偏器(304)、135度線偏振微檢偏器(305)相對應所述的CCD探測器(4)陣列的超像素(401)的四個相同的CCD探測器子像素探測到的光強依次為：I₀、I₄₅、I₉₀和I₁₃₅：

I0=s0+s12]]>I45=s0+s22]]>I90=s0-s12]]>I135=s0-s22]]>

經(jīng)過適當?shù)淖儞Q之后，所述的微偏振檢偏器陣列(3)的超像素(301)的第一斯托克斯參量、第二斯托克斯參量和第三斯托克斯參量分別為：

s₀＝I₀+I₉₀????s₁＝I₀-I₉₀????s₂＝I₄₅-I₁₃₅

其中，s₀、s₁、s₂和s₃分別為待測平行入射光束中和微偏振檢偏器超像素(301)對應處的四個斯托克斯參量，I₀、I₄₅、I₉₀和I₁₃₅可以合寫成為一個矩陣，稱之為電光延遲為2π的光強矩陣超像素(1001)，可以表示為：

I0I45I135I90]]>

該電光延遲為2π的光強矩陣超像素(1001)陣列可以合寫成一個更大的矩陣，稱之為電光延遲為2π的光強矩陣(10)，可以表示為：

I0I45I135I90KI0I45I135I90MOMI0I45I135I90LI0I45I135I90]]>

②改變偏控電壓，使所述的補償器(2)產(chǎn)生π/2電光延遲，得到電光延遲為π/2的光強矩陣：

在其他條件不變的情況下，所述的計算機(8)通過所述的偏壓控制器(9)改變所述補償器(2)上偏控電壓，使補償器(2)產(chǎn)生的電光延遲為π/2，此時與微偏振檢偏器超像素(301)中的四個微檢偏器子像素：0度線偏振微檢偏器(302)、45度線偏振微檢偏器(303)、90度線偏振微檢偏器(304)、135度線偏振微檢偏器(305)相對應的所述的CCD探測器(4)陣列的超像素(401)四個相同的CCD探測器子像素探測到的光強依次為：I_R0、I_R45、I_R90和I_R135：

IR0=s0+s12]]>IR45=s0+s32]]>IR90=s0-s12]]>IR135=s0-s32]]>

經(jīng)過適當?shù)淖儞Q之后，該微偏振檢偏器陣列(3)超像素(301)的第一斯托克斯參量、第二斯托克斯參量和第四斯托克斯參量，分別為：

s₀＝I_R0+I_R90????s₁＝I_R0-I_R90????s₃＝I_R45-I_R135

其中，s₀、s₁、s₂和s₃分別為待測平行入射光束中和微偏振檢偏器超像素(301)對應處的四個斯托克斯參量，I_R0、I_R45、I_R90和I_R135可以合寫成為一個矩陣，稱之為電光延遲為π/2的光強矩陣超像素(1101)，可以表示為：

IR0IR45IR135IR90]]>

電光延遲為π/2的光強矩陣超像素(1101)陣列可以合寫成一個更大的矩陣，稱之為電光延遲為π/2的光強矩陣(11)，可以表示為：

IR0IR45IR135IR90KIR0IR45IR135IR90MOMIR0IR45IR135IR90LIR0IR45IR135IR90]]>

②根據(jù)算法對兩個光強矩陣進行處理；

通過電光延遲為2π的光強矩陣超像素(1001)和與之對應的電光延遲為π/2的光強矩陣超像素(1101)，可以求出待測平行入射光束中和微偏振檢偏器超像素(301)對應處的全斯托克斯參量為：

s₀＝I₀+I₉₀????s₁＝I₀-I₉₀????s₂＝I₄₅-I₁₃₅????s₃＝I_R45-I_R135

或者：

s₀＝I_R0+I_R90????s₁＝I_R0-I_R90????s₂＝I₄₅-I₁₃₅????s₃＝I_R45-I_R135

寫成矢量的形式有：

Sin=s0s1s2s3=I0+I90I0-I90I45-I135IR45-IR135=IR0+IR90IR0-IR90I45-I135IR45-IR135.]]>