[發(fā)明專利]一種基于矢量光場(chǎng)調(diào)制與圖像處理的光波偏振態(tài)檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010033630.4
• 申請(qǐng)日: 2020-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN111256827B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷兵;高超;劉建倉(cāng);雷雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J4/00
• 分類號(hào): G01J4/00
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 王文惠

本發(fā)明屬于偏振檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于矢量光場(chǎng)調(diào)制與圖像處理的光波偏振態(tài)檢測(cè)方法。待測(cè)光源發(fā)出的偏振態(tài)未知的光波經(jīng)四分之一波片后入射至零級(jí)渦旋半波片，零級(jí)渦旋半波片將入射光場(chǎng)轉(zhuǎn)化為矢量偏振光場(chǎng)，此矢量偏振光場(chǎng)經(jīng)檢偏器作用后形成亮暗呈楔形分布的光強(qiáng)圖像。在檢測(cè)時(shí)，通過前后兩次調(diào)整四分之一波片的角度，使光強(qiáng)圖像亮區(qū)分別到達(dá)兩種特定的方位并采集光強(qiáng)圖像，將兩次采集的光強(qiáng)圖像進(jìn)行圖像分析處理，并結(jié)合兩次測(cè)量中四分之一波片的角度即可解算出待測(cè)光波的偏振態(tài)。本發(fā)明操作便捷、檢測(cè)精度高，檢測(cè)結(jié)果對(duì)光源的功率和波長(zhǎng)變化不敏感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及偏振檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步是涉及一種利用矢量偏振光場(chǎng)調(diào)制與數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)光波偏振態(tài)檢測(cè)的方法。

背景技術(shù)

偏振是光波最基本的特征之一，偏振態(tài)的檢測(cè)在很多領(lǐng)域中都有重要的應(yīng)用，如在遙感探測(cè)中，可以從目標(biāo)反射光的偏振狀態(tài)中得知目標(biāo)的方向朝向、形狀、表面粗糙度等信息；在大容量、高速率、遠(yuǎn)距離光纖通信系統(tǒng)中需要對(duì)光纖中的偏振效應(yīng)(如偏振模色散，偏振相關(guān)調(diào)制及損耗等)做出及時(shí)的檢測(cè)、抑制與補(bǔ)償，以提高信息的傳輸質(zhì)量與傳輸距離；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，偏振檢測(cè)可以用于皮膚癌的診斷、熒光偏振免疫分析等；在光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，可以利用橢偏儀檢測(cè)出光波經(jīng)薄膜樣品透射或反射前后偏振態(tài)的變化，解算出薄膜樣品的厚度與折射率等光學(xué)特性。因此實(shí)現(xiàn)對(duì)光波偏振態(tài)快速準(zhǔn)確的檢測(cè)具有重要的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)際意義。

目前實(shí)現(xiàn)偏振檢測(cè)的方法主要有：調(diào)制型、分光型和干涉型三類。調(diào)制型檢測(cè)系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)光路中的光學(xué)元件(如偏振片，波片等)或在光路中引入調(diào)制器件(如電光調(diào)制，磁光調(diào)制等)對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，測(cè)量調(diào)制后的光強(qiáng)而得到斯托克斯參量。這類檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其一般適用于測(cè)量偏振態(tài)變化較慢的光波，且光學(xué)元件的機(jī)械旋轉(zhuǎn)和光源功率的波動(dòng)會(huì)引入測(cè)量誤差。分光型檢測(cè)方法進(jìn)一步可分為分振幅和分波前兩種方法，分振幅法利用部分反射鏡或其它分光器件將待測(cè)光分為設(shè)置有不同檢偏器件的多路，利用多個(gè)光電探測(cè)器同時(shí)測(cè)量各路功率，進(jìn)而得到某一時(shí)刻光波的斯托克斯參量；分波前法通常是用同尺寸的多個(gè)光闌將光波的波前按功率等分為多路，然后對(duì)每路光信號(hào)進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)的調(diào)制，再同時(shí)對(duì)各路光強(qiáng)進(jìn)行探測(cè)并解算得到斯托克斯參量。分光型檢測(cè)系統(tǒng)采用多通道同時(shí)測(cè)量的方法，有效地提高了測(cè)量速度，適用于實(shí)時(shí)檢測(cè)場(chǎng)合，但降低了能量利用率并犧牲部分空間分辨率，且對(duì)各通道的空間配準(zhǔn)要求較高。干涉型檢測(cè)系統(tǒng)通過構(gòu)造干涉光路，將多路調(diào)制有偏振信息的光束匯聚在探測(cè)面使其發(fā)生干涉，通過分析干涉圖像獲得光波的偏振狀態(tài)，該方法僅適用于單波長(zhǎng)或窄線寬光波的偏振檢測(cè)，且從干涉圖像中提取偏振信息的運(yùn)算量較大。

近年來廣泛研究的偏振態(tài)檢測(cè)方法，基本都可歸結(jié)為以上三類。調(diào)制型如對(duì)比文件1中公布的(中國(guó)發(fā)明專利，201310176136.3)“光波偏振態(tài)高速靜態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法”，對(duì)鈮酸鋰晶體進(jìn)行橫向電光調(diào)制來實(shí)現(xiàn)光波偏振態(tài)的靜態(tài)測(cè)量，測(cè)量過程中沒有任何機(jī)械旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，測(cè)量速度快，但其缺點(diǎn)是晶體自然雙折射的存在會(huì)導(dǎo)致調(diào)制光發(fā)生畸變，因此測(cè)量過程需要采用其它方法補(bǔ)償自然雙折射的影響。分光型如對(duì)比文件2中公布的(中國(guó)發(fā)明專利，201410779529.8)“一種快速偏振檢測(cè)儀和檢測(cè)方法”，通過在檢偏模塊設(shè)置至少3個(gè)通道，同時(shí)對(duì)同一待測(cè)偏振光束進(jìn)行分束檢測(cè)，來獲得待測(cè)光束的偏振狀態(tài)，該方法可同時(shí)測(cè)量出待測(cè)光的全部斯托克斯參量，測(cè)量速度快，但其對(duì)各通道的空間配準(zhǔn)要求較高。干涉型如對(duì)比文件3中公布的(中國(guó)發(fā)明專利，201110226648.7)“監(jiān)測(cè)光纖偏振變化的方法與光路系統(tǒng)”，采用光纖耦合器構(gòu)成干涉光路，通過對(duì)干涉光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)來監(jiān)測(cè)光纖偏振狀態(tài)的變化，但該方案僅適用于單波長(zhǎng)或窄線寬光波的偏振檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)以上不足，提供一種基于矢量光場(chǎng)調(diào)制與圖像處理的光波偏振態(tài)檢測(cè)方法。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單便捷、檢測(cè)精度高，檢測(cè)結(jié)果對(duì)光源的功率和波長(zhǎng)變化不敏感。