[發明專利]基于光學時間拉伸的斯托克斯矢量測量系統及方法

有效

• 申請號: 202110480582.8
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113237551B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 馮元華;黃劍文;江秀美;李淑君;周驥
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01J4/04
• 分類號: G01J4/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.基于光學時間拉伸的斯托克斯矢量測量系統，其特征在于，包括沿光路依次連接激光器、時間拉伸模塊、第一準直透鏡、起偏器、光強調制模塊、第二準直透鏡以及數據處理模塊；

所述光強調制模塊與第二準直透鏡和數據處理模塊處在同一光軸上；

所述激光器用于產生寬帶脈沖激光；

所述時間拉伸模塊用于將寬帶脈沖激光在時間上拉伸為頻率啁啾光，不同波長的光被映射到不同的時刻；

所述起偏器為偏振片，用于生成特定的偏振態；

所述光強調制模塊用于將斯托克斯矢量的各個分量編碼調制到光譜上；光強調制模塊包括一個檢偏器以及第一相位延遲器和第二相位延遲器；

所述數據處理模塊用于對將經過調制的光譜信號轉換為光電流，然后對轉換后的光電流進行ADC轉換；數據處理模塊包括光電探測器以及實時采樣模塊；所述光電探測器用于將經過調制的光譜轉換為光電流，所述實時采樣模塊用于實時采集轉換后的光電流；

系統進行斯托克斯矢量測量包括以下步驟：

選擇樣品進行測量，所述樣品設于起偏器與光強調制模塊之間；

激光器產生寬帶脈沖激光沿光路經過斯托克斯矢量測量系統；

光電探測器將經過調制的光譜信息轉換為光電流，實時采樣模塊對光電流進行采樣得到光強隨時間變化的信號I(t)；

對采樣得到的信號I(t)進行逆傅里葉變換得到各頻率分量，由于各頻率分量與斯托克斯矢量四個參量的線性組合成正比，根據頻率分量求得斯托克斯矢量的各參量；

寬帶脈沖激光沿光路經過光強調制模塊時，表示為：

其中，S_out和S_in分別為從光強調制模塊射出的光和進入光強調制模塊的光；P、R分別為檢偏器和相位延遲器的穆勒矩陣；所述θ_R1和θ_R2分別為第一相位延遲器和第二相位延遲器的角度；θ_A1為檢偏器快軸角度；為相位延遲器的相位延遲，具體表示為：

其中，d_i，i＝1,2為相位延遲器的厚度，Δn為相位延遲器的雙折射率差，λ為工作波長；

信號I(t)具體由以下步驟得到：

通過數據處理模塊得到的光強信號對應S_out矢量的第一個元素，將公式(2)代入公式(1)，令θ_R2＝45°，θ_R1＝0°，并將其展開為指數形式，又由于時間拉伸導致時間與波長一一對應，即得到不同波長的光強信號I(λ)：

其中，S_i，i＝0,1,2,3為入射待測光S_in的斯托克斯矢量的四個參量；

斯托克斯矢量的各參量的求解過程具體為：

通過對光強信號做逆傅里葉變換，得到光程差域上不同通道的表達式：

其中，S₂₃＝S₂+iS₃，上標*表示取復共軛操作，F^-1為傅里葉逆變換符號；

則各斯托克斯矢量參量為：

S₀＝2(C₀)5

S₁＝4(C₂)6

S₂＝Re[8^-1(C₁)](7

S₃＝Im[8^-1(C₁)]8。

2.根據權利要求1所述的基于光學時間拉伸的斯托克斯矢量測量系統，其特征在于，所述激光器具體為一種時域上窄脈沖，頻域上寬帶的非連續激光器。

3.根據權利要求1所述的基于光學時間拉伸的斯托克斯矢量測量系統，其特征在于，所述時間拉伸模塊包括濾波器、色散模塊以及放大器，所述色散模塊用于通過色散效應使寬帶脈沖激光在時間上拉伸，不同波長的寬帶脈沖激光被映射到不同的時刻，實現波長到時間的映射。