[發(fā)明專利]一種偏振態(tài)檢測系統(tǒng)中偏振態(tài)分析器的選擇方法

在審

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• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110806266A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李艷秋;寧天磊;李建慧;周國棟
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

本發(fā)明公開了一種偏振態(tài)檢測系統(tǒng)中偏振態(tài)分析器的選擇方法，該檢測系統(tǒng)在測量裝置中添加了空間變化的相位延遲器，從多次測量簡化到一次測量，進一步的，為了此系統(tǒng)能普適到任意的空間變化的相位延遲器，在偏振態(tài)分析器的選擇和控制上，進行了優(yōu)化，優(yōu)化步驟包括需要設(shè)定相位延遲器和偏振態(tài)分析器的穆勒矩陣信息；建立探測面強度分布模型以及建立強度分布模型和偏振幾率密度模型的關(guān)系，并通過選取偏振幾率密度的最大值對應(yīng)的偏振態(tài)作為待測光偏振態(tài)，通過上述方法選定合適的偏振態(tài)分析器，與給選定的空間變化的相位延遲器匹配，以達到準(zhǔn)確的偏振幾率密度及偏振態(tài)測量結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于偏振測量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種偏振幾率密度及偏振態(tài)測量方法及檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

偏振是光的重要屬性，偏振光對光學(xué)元件、材料、生物組織等樣品中微結(jié)構(gòu)特性十分敏感。光與樣品相互作用會發(fā)生折射、反射、散射等過程進而改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。樣品對光的偏振態(tài)的改變能力用Mueller矩陣表示，Mueller矩陣包含了樣品的全部偏振信息，可進一步分解為退偏、相位延遲、二向色性、快軸方向角、旋光等與樣品微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的、具有實際物理意義的、可量化的偏振參數(shù)，可用于獲取樣品的偏振特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)。偏振測量作為光和樣品偏振特性分析的重要工具，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、量子通信、激光雷達等領(lǐng)域。

目前傳統(tǒng)的偏振測量方法主要有：分時偏振測量、分振幅偏振測量、分孔徑偏振測量、分焦面偏振測量。文獻“基于旋轉(zhuǎn)波片的斯托克斯參量檢測與精度分析》”[J]，光譜學(xué)與光譜分析，2016，36(8)公布一種分時的偏振測量方法。分時偏振測量通過多次旋轉(zhuǎn)偏振元件，獲得多幅光場強度圖，進而計算出待測偏振態(tài)。由于該方法需要多次轉(zhuǎn)動器件，因此該方法會引入額外的轉(zhuǎn)動誤差，而且其不能夠?qū)崿F(xiàn)實時的偏振測量。專利文件CN103017908A公開了一種基于四路分光的分振幅偏振測量方法，通過采集四路探測器的強度分布進而解算出待測的四個斯托克斯分量。專利文件CN108731810A公開了一種分焦面偏振測量方法，利用像素化單元構(gòu)造的微波片陣列重構(gòu)出入射光的偏振信息。專利文件CN208060025U公開了一種測量任意光束偏振態(tài)的方法，將參考光束和測量光束發(fā)生干涉，利用獲取的干涉圖解算出入射光的偏振態(tài)。以上的方法利用復(fù)雜的多光路系統(tǒng)或是精密加工的光柵器件來實現(xiàn)實時的偏振測量。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和昂貴的器件加工費用，大多的偏振測量方法并沒有得到廣泛的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)的偏振測量技術(shù)僅適用于強光下的偏振測量，針對與弱光或少量光子的環(huán)境，上述偏振測量方法并不適用。隨著科技進一步發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)、量子通信、激光雷達等領(lǐng)域需要發(fā)展一種結(jié)構(gòu)簡單，且能實現(xiàn)快速的偏振幾率密度及偏振態(tài)檢測系統(tǒng)。事實上，在另外一篇中國專利CN201810749870.7中公開了一種用本征值標(biāo)定法標(biāo)定偏振測量系統(tǒng)的方法，該專利文獻中建立了偏振幾率密度分布模型，通過獲取偏振幾率的最大值所對應(yīng)的目標(biāo)斯托克斯參量，進一步獲取待測光場的偏振態(tài)，完成測量任務(wù)；但是，由于其方法是針對空間變化的相位延遲器(SEO)和左旋偏振態(tài)分析器的組合所建立的，因此其方法不能夠適用于任意有空間變化的相位延遲器。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提供了一種偏振態(tài)檢測系統(tǒng)中偏振態(tài)分析器的選擇方法，是通過建立光子偏振幾率密度同任意空間變化的相位調(diào)制穆勒矩陣、入射光偏振態(tài)及偏振態(tài)分析器波片快軸方位角之間的關(guān)系，進而提出一種選擇偏振態(tài)分析器的方法，通過改變偏振態(tài)分析器波片的快軸方位角，來匹配所選用的空間變化相位延遲器，進而達到準(zhǔn)確測量待測光場偏振信息的目的。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種偏振態(tài)檢測系統(tǒng)，包括偏振態(tài)分析器、空間光濾波器、準(zhǔn)直透鏡、空間變化的相位延遲器、偏振態(tài)分析器、聚焦透鏡和探測器；待測光束依次透過偏振態(tài)產(chǎn)生器，空間光濾波器、準(zhǔn)直透鏡、空間變化的相位延遲器、偏振態(tài)分析器，之后光束被聚焦透鏡成像到探測器；探測器接受一幅待測光的強度分布，將獲取的強度圖發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理，進一步給出待測光的偏振信息。