[發明專利]光波偏振態高速靜態測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201310176136.3
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103267576A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 路紹軍;韓軍;尚小燕;吳玲玲;郭榮禮;胡加興;劉王云;于洵;段存麗;陳靖
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

技術領域

本發明屬于光電測試技術領域，主要涉及一種測量光波偏振態的高速靜態測量系統，具體是一種光波偏振態高速靜態測量裝置及測量方法，適用于光纖通訊偏振態檢測控制以及對設備的機械穩定性要求高的衛星或飛機等空間基平臺對目標光束進行偏振探測的技術領域。?

背景技術

偏振態探測技術是近幾年發展起來的新型遙感探測技術，具有強度成像探測、光譜識別探測等其他傳統探測手段無法比擬的優點。偏振態探測技術之所以相對于其他的探測手段，能夠明顯提高目標探測識別的精度，是因為地球表面和大氣中的任何目標，在反射、散射和電磁輻射的過程中會產生由其自身性質決定的特征偏振，因此可以通過對這些特征偏振的測量實現目標的準確識別。因此，偏振態探測技術始終受到中外專家學者的極大關注，偏振特性檢測技術在目標識別中的應用在近年來出現了蓬勃發展的景象。?

而影響目標偏振態探測技術應用和發展的關鍵因素是對待測光波偏振信息的獲取準確與否，只有準確、甚至快速獲取來自待測光波的偏振狀態才可能更加精確、高效的進行目標識別、信息處理等后續工作。因此對待測光波偏振態探測手段的研究自偏振探測技術發展初期就受到科研人員的高度重視。人們通常利用斯托克斯參數完整表述目標反射、散射或輻射光波的偏振狀態，因此，設計相關測量裝置實現對待測光波斯托克斯參數的測量，全面準確反映目標的偏振特性，就成為目標偏振態測量中需要解決的基本問題。?

在實際高速長距離傳輸中，偏振態的隨機變化使得偏振模色散?(PMD)的測量及補償更加復雜，在環境比較惡劣的情況下，偏振態的變化速率小于10ms，因此要求對輸出光的偏振態進行實時的測量和控制，國內眾多高校院所提出各具特色的目標偏振態測量方法，但這些方法主要針對各自的使用要求而設計，在結構穩定性、測量實時性等方面仍有可以改進的空間。而在國外，一些偏振態高速測試儀器已經商用化，但其價格昂貴，體積龐大。?

對于光波斯托克斯參數的測量，常用的方法有調制法、分割法、液晶法等。其中調制法大多需要機械調制裝置，穩定性要求高，因而只適用于穩恒光束或緩變的連續輻射光束；分割法是采用波前分割或振幅分割的方法，可適用于脈沖光束或瞬變的偏振態測量，但結構復雜，因此調制法和分割法有被液晶法取代的趨勢，利用液晶進行的光波偏振態測量方法克服了傳統測量方法的缺點，具有靜態測量的優勢，但仍然難以滿足更高速偏振態測量對測量系統的時間響應要求。?

發明內容

本發明提出了一種基于電光效應的偏振態高速靜態測量裝置及測量方法，克服了現有的光波偏振態探測技術需要機械轉動、結構復雜或者難以實現高速測量的缺陷和不足。?

為了實現發明目的，本發明所采用的技術方案如下：?

一種光波偏振態高速靜態測量裝置，包括沿x軸順序排列的鈮酸鋰晶體、偏振片、光強探測器和外加電壓控制系統；

所述鈮酸鋰晶體利用的是其橫向電光效應；

所述偏振片端面垂直于待測光線傳播方向，偏振片的透振方向與y軸夾角可調；

所述光強探測器的光強接收面垂直于x軸；

外加電壓控制系統對施加在z軸方向的電壓進行控制；

所述x軸指待測光線傳播方向；z軸指鈮酸鋰晶體光軸；x、y、z軸構成右手螺旋直角坐標系。

上述鈮酸鋰晶體的長高比為25～100比3，外加電壓控制系統輸出電壓范圍為50V～250V。長高比越高，鈮酸鋰晶體需要的外加電壓越小。?

上述鈮酸鋰晶體的長高比為25比3，外加電壓控制系統輸出電壓為250V電壓。此時最好。?

上述偏振片的消光比控制在99以上。?

一種使用上述光波偏振態高速靜態測量裝置的測量方法：在偏振片透振方向與y軸的夾角固定時，在鈮酸鋰晶體上施加四個不同的電壓值，待測光波通過鈮酸鋰晶體后出射的兩束光波產生的相位差就會相應的有四個不同的值，經過偏振片后到達光強探測器上相應的也就有四個不同的強度值I，根據探測器接收到的光強度I與四個斯托克斯參數S₀、S₁、S₂、S₃間的關系公式?

，(1)

即可得到光波的四個斯托克斯參數，即實現了光波偏振態的測量，

式(1)中，為偏振片的透振方向與y軸夾角，為鈮酸鋰晶體光軸與y軸夾角，為鈮酸鋰晶體出射的兩束光波由電光效應產生的相位差數值。