[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

本發明提供一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置，包括光譜濾光器，波片陣列，偏振片陣列和光強采集相機。太陽磁場是太陽活動爆發的驅動力和能量來源，而太陽偏振斯托克斯矢量測量是太陽磁場探測的唯一途徑。本發明的一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的新型裝置，采用微光學技術原理制作微波片陣列，在此基礎上加工微偏振片陣列，并與光強采集相機光敏面貼合，僅需要一次曝光即可獲取太陽偏振斯托克斯矢量信息。相對于傳統裝置，本發明裝置結構緊湊，實時性強，無需精確調試和人為調制，光譜響應范圍寬，成本低且可批量化生產，同時避免了相機不均勻響應、像差等因素引入的探測誤差，并可方便擴展于其他應用領域。

技術領域

本發明涉及偏振測量領域，特別涉及一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的裝置。

背景技術

太陽磁場是太陽活動爆發的驅動力和能量來源，而太陽偏振斯托克斯矢量測量是太陽磁場探測的唯一途徑。傳統的太陽偏振測量常采用分時調制(如圖2所示)和分振幅同時調制(如圖3所示)的方式。分時調制包括旋轉波片，調制波片相位延遲，調制波片光軸方向等。

圖2(a)所示為旋轉波片的方式，其中2-1為1/4波片，2-2為電動角旋轉臺，2-3為偏振片，2-4為光強采集相機，2-5為控制器?？刂破骺刂菩D臺旋轉，進而調制波片快軸方向，光強采集相機依次記錄波片處于不同快軸方向時的光強值，由測得的光強值和波片快軸方向角，可以反演待測太陽光斯托克斯矢量。

圖2(b)所示為調制波片相位延遲的方式，其中2-6為電光晶體，2-3為偏振片，2-4為光強采集相機，2-5為控制器。在外界電場的作用下，電光晶體的雙折射性質會發生變化，其相位延遲量隨外加電壓而改變，而其快軸方向不發生變化?？刂破魍ㄟ^對電光晶體外加不同電壓從而對其相位延遲進行調制，光強采集相機依次記錄電光晶體不同相位延遲時的光強值，由測得的光強值和波片相位延遲量，可以反演待測太陽光斯托克斯矢量。

圖2(c)所示為調制波片光軸方向的方式，其中2-7為FLC晶體，相位延遲為1/2波長，2-8為FLC晶體，相位延遲為1/4波長，2-3為偏振片，2-4為光強采集相機，2-5為控制器。在外界電場的作用下，FLC晶體光軸方向發生旋轉而其相位延遲不變?？刂破魍ㄟ^對FLC晶體外加不同電壓使其光軸方向在特定兩個角度之間切換，光強采集相機依次記錄FLC晶體不同光軸方向時的光強值，由測得的光強值和FLC晶體光軸方向角，可以反演待測太陽光斯托克斯矢量。

圖3所示為分振幅同時調制的方式，其中3-1為分光棱鏡，3-2為1/4波片，3-3為偏振片，3-4為光強采集相機，3-5為控制器。分光棱鏡將光束分為4束，在每個光路中添加不同旋轉方向的波片和偏振片，控制器控制4臺光強采集相機對各光路的光強值進行同時采集，利用4臺相機采集的光強值和波片與偏振片的調制方式，可以反演出待測太陽光斯托克斯矢量。

然而受環境影響，在光強采集相機兩次曝光周期內，進入偏振測量裝置的太陽光存在光強閃爍，因此分時調制的方式測量精度受到限制。并且，旋轉波片的方式存在機械振動，且調制頻率低，為達到較高的系統穩定性，對角旋轉臺有較高要求，成本高；調制波片相位延遲的方式因電光晶體相位延遲量對溫度較敏感，往往需要額外的恒溫設備，系統復雜。調制波片光軸方向的方式因FLC光軸方向同樣對溫度較敏感，且加工困難，成本較高，對某些系統難以滿足使用要求；分振幅同時調制的方式將光路分為4束，系統復雜，且各相機之間存在不均勻性，影響測量精度。

針對以上問題，本發明的一種可用于太陽偏振斯托克斯矢量實時測量的新型裝置，采用微光學技術原理制作的微波片陣列，并在此基礎上加工微偏振片陣列，并與光強采集相機光敏面貼合，僅需要一次曝光即可獲取太陽偏振斯托克斯矢量信息。相對于傳統裝置，本發明裝置結構緊湊，實時性強，無需精確調試和人為調制，光譜響應范圍寬，成本低且可批量化生產，同時避免了相機不均勻響應等因素，可方便擴展于其他應用領域。本發明實用性強，創新性明顯。

發明內容