[發明專利]基于偏振相機兩次光強采集的全Stokes自標定測量方法

在審

• 申請號: 201910745979.8
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110470399A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 胡浩豐;劉鐵根;李校博;程振洲
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 李素蘭<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種基于偏振相機兩次光強采集的全Stokes矢量自標定測量方法，步驟1、根據光強測量方差、檢偏器對應的測量矩陣，推導出基于分焦平面偏振相機兩次光強測量的全Stokes矢量估計方差與PSA測量矩陣的函數關系，得到4個分量元素的估算方差σ_m²；步驟2、使得最優的兩次旋轉角應滿足相差45度；步驟3、根據最優解，通過旋轉波片至0度和45度獲取兩次光強采集，并根據優化計算得到檢偏器PSA對應的測量矩陣W_8×4，通過光強值計算全Stokes矢量，步驟4、根據測量光強值、全Stokes矢量各分量和可旋轉波片相位延遲量之間的關系實現波片相位延遲量的自標定。本發明方法操作簡單，估計方差小，極大降低了偏振測量系統的成本。

技術領域

本發明屬于偏振測量技術領域，特別是涉及一種全Stokes自標定測量方法。

背景技術

偏振信息作為光波的基本物理信息之一，可提供其它光波信息所不能提供的被測物信息，因此偏振信息的測量在許多領域有著十分廣泛的應用。Stokes矢量描述了光波的偏振態，包含了最基本的偏振信息，Stokes矢量的測量也由此成為偏振測量領域的主要方向之一。

分焦平面偏振相機因其能實時采集獲取四個不同偏振狀態下的偏振信息，被廣泛應用于偏振測量和偏振成像領域。通過在分焦平面偏振相機前放置可旋轉波片，可實現全Stokes矢量的測量。旋轉角度的選擇決定了全Stokes矢量估計方差的大小。另一方面，但由于波片的相位延遲量時常受到環境的影響，因此需要提前標定，這給實際操作和應用帶來了諸多不便。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種基于偏振相機兩次光強采集的全Stokes自標定測量方法，實現了基于分焦平面偏振相機的全Stokes矢量估計測量和旋轉波片的相位延遲量自標定。

本發明的一種基于偏振相機兩次光強采集的全Stokes矢量自標定測量方法，該方法具體實現包括以下步驟：

步驟1、根據光強測量方差、檢偏器對應的測量矩陣，推導出基于分焦平面偏振相機兩次光強測量的全Stokes矢量估計方差與PSA測量矩陣的函數關系，得到4個分量元素的估算方差σ_m²，表達式為：

其中，σ²為全Stokes矢量估計方差，m為全Stokes矢量的分量元素編號；

步驟2、使得最優的兩次旋轉角應滿足相差45度；

步驟3、根據最優解，通過旋轉波片至0度和45度獲取兩次光強采集，并根據優化計算得到檢偏器PSA對應的測量矩陣W_8×4，表達式為：

其中，θ₁＝0°，θ₂＝45°分別表示兩次波片旋轉角度；δ表示波片的相位延遲量；

通過光強值計算全Stokes矢量，表達式為：

其中，S＝[s₀,s₁,s₂,s₃]表示待測的全Stokes矢量，I₀～I₃表示波片旋轉至0度時，四個微偏振片對應獲取的光強值，I₄～I₇表示波片旋轉至45度時，四個微偏振片對應獲取的光強值；

步驟4、根據測量光強值、全Stokes矢量各分量和可旋轉波片相位延遲量之間的關系獲得自標定算法的解析表達式為：

其中，δ表示相位延遲量；