[發明專利]高精度Stokes-Mueller通道光譜偏振檢測系統

有效

• 申請號: 202110557933.0
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113295278B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 李艷秋;周國棟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447;G01J3/02;G01J4/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪

本發明公開了高精度Stokes?Mueller通道光譜偏振檢測系統，所述系統包括光源、偏振片、波片和光譜儀；通過測量并構建Stokes?Mueller通道光譜偏振檢測系統的儀器矩陣，可實現系統全部誤差的高精度標定；重構時考慮了標定精度、測量噪聲等因素，自適應設置殘差域值，使優化迭代在適合處停止，以獲得高精度的重構結果；本發明的標定和重構保證了Stokes?Mueller通道光譜偏振檢測系統的高精度。

技術領域

本發明屬于光學測量的技術領域，具體涉及一種高精度Stokes-Mueller通道光譜偏振檢測系統。

背景技術

偏振是光的重要屬性，偏振光對光學元件、材料、生物組織等樣品中微結構特性十分敏感。光與樣品相互作用會發生折射、反射、散射等過程進而改變入射光的偏振態。光束的偏振態用Stokes矢量表示，樣品對光的偏振態的改變用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、旋光等與樣品微結構密切相關的、具有實際物理意義的、可量化的偏振參數，可用于獲取樣品的偏振特性和結構參數。已有大量研究展示了偏振儀在物鏡偏振像差檢測、多層膜厚度分析、微結構器件參數檢測、癌癥診斷和療效監控方面的應用效果。然而，偏振信息并不能被直接探測，必須調制到其它域后再解調獲得。

波長域調制的偏振儀又被稱為光譜偏振儀，它將待測的Stokes矢量或Mueller矩陣調制到波長域，一次曝光即可獲得全部的Stokes矢量或Mueller矩陣隨波長的分布情況，具有測量速度快，系統緊湊，穩定性高的優勢。然而，想要實現高精度Stokes-Mueller光譜檢測，該技術存在兩大難點：一是系統全誤差標定。光譜偏振儀中不但存在波片、偏振片等強偏振器件，還包括光譜儀中光纖、光柵等弱偏振器件，這些器件的誤差影響測量精度，而且這些誤差源數量眾多、作用關系復雜，給系統標定帶來難度。目前缺少方便快捷準確的全誤差標定技術。二是高精度Stokes-Mueller光譜重構困難。主要體現為從一幅光譜中高精度重構出四幅Stokes光譜甚至十六幅Mueller光譜的難度。專利ZL2019 1 0766902.9提出了一種光譜偏振系統的數據重構方法，但迭代優化的截止條件并不明確。而迭代的截至條件非常影響重構精度，迭代次數過少則不能達到最優解，迭代次數過多會增加無用的計算量和時間。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種高精度Stokes-Mueller通道光譜偏振檢測系統，能夠實現系統全部誤差的高精度標定。

實現本發明的技術方案如下：

高精度Stokes通道光譜偏振檢測系統，包括光源、光譜偏振態分析器和光譜儀；

光譜偏振態分析器包括至少兩個波片和至少一個偏振片；

待測光束的Stokes光譜，記為列向量X，經過光譜偏振態分析器的調制，所述光譜偏振態分析器的調制作用記為儀器矩陣Φ，由光譜儀接收實驗測得的強度調制光譜，記為列向量Z；將X在某一正交基Ψ下展開為系數即則理論計算的強度調制光譜在‖Y-Z‖₂≤ε和的約束下，迭代優化得到的最優解，記為則待測Stokes光譜的重構結果為其中，‖‖₁是1范數，‖‖₂是2范數。

進一步地，所述光譜偏振態分析器中，至少包括一個多級波片。

進一步地，所述儀器矩陣Φ由以下方法獲得：

利用時域調制Mueller光譜偏振儀測量所述光譜偏振態分析器的Mueller光譜，選取測得的Mueller光譜的第一行構建標定后的光譜偏振態分析器的儀器矩陣Φ_C。

進一步地，所述儀器矩陣Φ由以下方法獲得：