[發明專利]一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置

有效

• 申請號: 201611093398.3
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106525242B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 饒長輝;姚本溪;顧乃庭;朱磊;程云濤;李程;黃金龍;劉洋毅;張蘭強;王志勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J4/04
• 分類號: G01J4/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置，其特征在于：該裝置包括光譜濾光器(1-1)、波片陣列(1-2)、偏振片陣列(1-3)和光強采集相機(1-4)；

其中，光譜濾光器(1-1)位于波片陣列(1-2)之前，將進入波片陣列(1-2)的光限定在一定的光譜范圍內；波片陣列(1-2)利用同一波片在相鄰的2×2四個單元內加工成不同相位延遲的波片組合，如此往復，最終形成陣列；偏振片陣列(1-3)利用在相鄰的2×2的四個單元內加工成不同偏振方向的偏振片組合，如此往復，最終形成陣列；波片陣列(1-2)與偏振片陣列(1-3)各單元尺寸相同，個數相對應；光強采集相機(1-4)位于太陽望遠鏡系統焦平面上，分別記錄通過陣列各單元的光強值，其與波片陣列(1-2)、偏振片陣列(1-3)貼合在一起，做成集成裝置；

該裝置的數據處理過程如下所述：

首先，定義待測太陽光的斯托克斯矢量為S＝[I Q U V]^T；在相鄰的2×2四個單元內波片與偏振片有四種不同組合方式，分別記為a,b,c,d，波片Muller矩陣分別為M_wa,M_wb,M_wc,M_wd，偏振片Muller矩陣為M_pa,M_pb,M_pc,M_pd，組合Muller矩陣分別為M_a,M_b,M_c,M_d，其中：

記a單元的Muller矩陣為：

太陽光經過標記為a的波片與偏振片單元后，其出射光斯托克斯矢量為：

然后，太陽光進入光強采集相機(4)，相機采集對應的光強值為：

I_a＝a₁₁I+a₁₂Q+a₁₃U+a₁₄V (3)

已知偏振片的Muller矩陣為：

其中，α為偏振片起偏角；

波片的Muller矩陣為：

其中，δ為波片產生的相位延遲，θ為波片快軸方向與坐標系X軸方向夾角；則：

同理，相機分別采集2×2四個單元對應的光強值為：I_a,I_b,I_c,I_d，有：

通過該組光強值I_a,I_b,I_c,I_d反演待測太陽光的斯托克斯矢量，

其中：

公式(5)存在唯一解的條件是：M矩陣滿秩，即：

rank(M)＝4 (10)

在a,b,c,d四個單元中使α，δ，θ取不同的值，可使M矩陣滿足公式(10)的條件。

2.根據權利要求1所述的一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置，其特征在于：光譜濾光器作用是將入射光的光譜限制在一定的帶寬范圍內，其使用光柵光譜儀、干涉濾光器、原子濾光器或雙折射濾光器，只要滿足偏振測量應用中系統要求即可。

3.根據權利要求1所述的一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置，其特征在于：該裝置可以針對多個波長和帶寬的光譜完成偏振斯托克斯矢量測量，不局限于特定波長和帶寬，但受限于光強采集相機的光譜響應。

4.根據權利要求1所述的一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置，其特征在于：波片陣列用于對光束產生不同的相位延遲，采用壓印/刻蝕方法制作。

5.根據權利要求1或4所述的一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置，其特征在于：波片的刻蝕或壓印深度與波長和相移量有關，只要滿足權利要求1中公式(7)所描述的滿秩條件，均可準確測量偏振斯托克斯矢量參數。