專利名稱：光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)參量的測量方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種光偏振態(tài)斯托克斯參 量的測量方法及系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù)光信息探測是光電子信息技術(shù)的重要組成部分，光強(qiáng)度是光信息的主要內(nèi)容之 一。斯托克斯參量可全面描述光束的偏振態(tài)和光強(qiáng)度，因此通過對斯托克斯參量的測量，即 可確定光束的偏振態(tài)。目前，斯托克斯參量的測量方法大致可分為兩類1、光調(diào)制法。該方法主要是在待測光路中插入起偏器和相位延遲器等器件，對光 路進(jìn)行調(diào)制并對其進(jìn)行測量，通過計(jì)算求得斯托克斯參量，該方法通常要求在測量時(shí)調(diào)節(jié) 測量光路中的器件，光調(diào)制法由于在光路中插入了起偏器和相位延遲器等器件，光路中的 光學(xué)元器件相對較多，所以測量調(diào)節(jié)起來比較麻煩。2、分振幅法。該方法是把待測光束分解成四束，分別用四個(gè)光電探測器同時(shí)完成 對待測光束的各個(gè)斯托克斯參量的測量，分振幅法由于在光路中插入了分光器件，對待測 光束進(jìn)行了多次的反射和透射進(jìn)行分束，損失了一部分光能量，改變了光束的偏振狀態(tài)，該 方法所采用的測量光路又不對稱，所以，測量調(diào)節(jié)起來也不是很方便，對待測光束的測量結(jié) 果有一定的影響。光調(diào)制法和分振幅法二者均不利于對微弱光的測量，分振幅法由于是一種既無機(jī) 械轉(zhuǎn)動(dòng)又無調(diào)制系統(tǒng)的偏振光斯托克斯參量的測量方法，所以，目前應(yīng)用這一原理研制新 型偏振測量儀在國內(nèi)和國際上已引起業(yè)內(nèi)同行的關(guān)注，具有一定的實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用的 潛力。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光路結(jié)構(gòu)對稱、調(diào) 節(jié)簡單方便、能量利用率高、可對光信息進(jìn)行快速實(shí)時(shí)測量與處理的光偏振態(tài)斯托克斯參 量的測量方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量方 法，其特殊之處在于所述光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量方法包括以下步驟1)獲取擴(kuò)展平行光束；2)將步驟1)所得到的擴(kuò)展平行光束在空間上分為互相分開的、完全相同的四束 分光束3)對步驟2)所得到的四束分光束分別進(jìn)行調(diào)制并測量其光強(qiáng)度；4)根據(jù)測量的光強(qiáng)度計(jì)算描述光偏振態(tài)的斯托克斯參量。一種光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特殊在于所述光偏振態(tài)斯托克斯參 量的測量系統(tǒng)包括分光棱鏡、濾光鏡組以及探測器組；所述分光棱鏡、濾光鏡組以及探測器 組依次設(shè)置于同一光軸上。
上述分光棱鏡是由四塊三棱鏡相互拼接組成或整塊光學(xué)元件。上述分光棱鏡是拼接時(shí)，所述分光棱鏡是由四塊完全相同的三棱鏡依順時(shí)針或逆 時(shí)針的方向在一個(gè)平面上依次拼接而成。上述分光棱鏡是整塊光學(xué)元件時(shí)，所述分光棱鏡整體包括第一實(shí)平面以及與第一 實(shí)平面相對的第二虛平面，所述第二虛平面上設(shè)置有四個(gè)小平面，所述四個(gè)小平面沿分光 棱鏡透光軸對稱分布并整體與第二虛平面呈倒棱錐形。上述濾光鏡組包括第一濾光鏡、第二濾光鏡、第三濾光鏡以及第四濾光鏡；所述第 一濾光鏡、第二濾光鏡、第三濾光鏡以及第四濾光鏡分別設(shè)置于經(jīng)分光棱鏡的分光后的四 條光路上。上述探測器組包括第一探測器、第二探測器、第三探測器以及第四探測器；所述第 一探測器與第一濾光鏡設(shè)置于同一光路上；所述第二探測器與第二濾光鏡設(shè)置于同一光路 上；所述第三探測器與第三濾光鏡設(shè)置于同一光路上；所述第四探測器與第四濾光鏡設(shè)置 于同一光路上。上述光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)還包括擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡；所述擴(kuò)束鏡、準(zhǔn) 直鏡和分光棱鏡、濾光鏡組以及探測器組設(shè)置于同一光軸上。上述光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)還包括第一選光部件、第二選光部件、第 三選光部件以及第四選光部件；所述第一選光部件設(shè)置于分光棱鏡和第一濾光鏡之間；所 述第二選光部件設(shè)置于分光棱鏡和第二濾光鏡之間；所述第三選光部件設(shè)置于分光棱鏡和 第三濾光鏡之間；所述所述第四選光部件設(shè)置于分光棱鏡和第四濾光鏡之間。上述第一選光部件、第二選光部件、第三選光部件以及第四選光部件是由透鏡和 光闌組成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、光路結(jié)構(gòu)對稱、調(diào)節(jié)簡單方便。本發(fā)明采用分光棱鏡的方式，利用三棱鏡可改變 光線方向的特性，把垂直入射到該棱鏡上的一束光分成四束沿不同方向并且完全對稱的四 束光，光路結(jié)構(gòu)對稱可調(diào)，并且在后續(xù)的檢測過程中，使用非常之便利。2、可對光信息進(jìn)行快速實(shí)時(shí)測量與處理。本發(fā)明利用被測光通過擴(kuò)束、準(zhǔn)直后變 成一束平行光，然后通過分光棱鏡分束后，在空間上被分成互相分開的、完全相同的四束分 光束，最后這四束光分別經(jīng)過具有不同功能的四個(gè)濾光鏡的濾光后，用四個(gè)相同的探測器 分別測量這四束光的光強(qiáng)度，可對光信息進(jìn)行快速實(shí)時(shí)測量與處理。3、應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明根據(jù)光的分波振面的原理，利用被測光通過擴(kuò)束、準(zhǔn)直后變 成一束平行光，然后通過分光棱鏡分束后，在空間上被分成互相分開的、完全相同的四束分 光束，最后這四束光分別經(jīng)過具有不同功能的四個(gè)濾光鏡的濾光后，用四個(gè)相同的探測器 分別測量這四束光的光強(qiáng)度，在對復(fù)色光進(jìn)行測量時(shí)，在每個(gè)濾光鏡的和探測器之間分別 設(shè)置有一組選光部件。該方法所依據(jù)的原理正確，技術(shù)合理，根據(jù)該方法所設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)對稱、調(diào)節(jié)簡單方便、能量利用率高、切實(shí)可行，可同時(shí)測量出描述光偏振態(tài)的斯托克 斯參量的光強(qiáng)度數(shù)值。本發(fā)明也可應(yīng)用于其它光學(xué)測量等，應(yīng)用范圍廣。


圖1為本發(fā)明所提供的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2a為本發(fā)明所提供光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)中分光棱鏡正視圖；圖2b為本發(fā)明所提供光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)中分光棱鏡的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量方法，該方法包括以下步驟1)獲取擴(kuò)展平行光束；2)將步驟1)所得到的平行寬光束在空間上分為互相分開的、完全相同的四束分 光束；3)對步驟2)所得到的四束分光束分別進(jìn)行調(diào)制并測量其光強(qiáng)度；4)根據(jù)光強(qiáng)度計(jì)算光偏振態(tài)斯托克斯參量。一種光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，包括分光棱鏡3、濾光鏡組以及探測器 組；分光棱鏡3、濾光鏡組以及探測器組依次設(shè)置于同一光軸上，濾光鏡組包括第一濾光鏡 4、第二濾光鏡5、第三濾光鏡6以及第四濾光鏡7 ；第一濾光鏡4、第二濾光鏡5、第三濾光鏡 6以及第四濾光鏡7分別設(shè)置于經(jīng)分光棱鏡3的透射后的四條光路上。分光棱鏡3是由四 塊三棱鏡相互拼接而成，或具有相同功能的整塊棱鏡。探測器組包括第一探測器8、第二探 測器9、第三探測器10以及第四探測器11 ；第一探測器8與第一濾光鏡4設(shè)置于同一光路 上；第二探測器9與第二濾光鏡5設(shè)置于同一光路上；第三探測器10與第三濾光鏡6設(shè)置 于同一光路上；第四探測器11與第四濾光鏡7設(shè)置于同一光路上。擴(kuò)束鏡1和準(zhǔn)直鏡2 ；擴(kuò)束鏡1、準(zhǔn)直鏡2和分光棱鏡3、濾光鏡組以及探測器組設(shè) 置于同一光軸上。除此之外，該系統(tǒng)還包括第一選光部件、第二選光部件、第三選光部件以 及第四選光部件；第一選光部件設(shè)置于分光棱鏡3和第一濾光鏡4之間；第二選光部件設(shè) 置于分光棱鏡3和第二濾光鏡5之間；第三選光部件設(shè)置于分光棱鏡3和第三濾光鏡6之 間；第四選光部件設(shè)置于分光棱鏡3和第四濾光鏡7之間。第一選光部件、第二選光部件、 第三選光部件以及第四選光部件是由透鏡和光闌組成。第一濾光鏡4、第二濾光鏡5、第三濾光鏡6以及第四濾光鏡7是具有不同功能的 四個(gè)濾光鏡。第一探測器8、第二探測器9、第三探測器10以及第四探測器11是性能指標(biāo) 完全相同的四個(gè)探測器。本發(fā)明在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)被測光通過擴(kuò)束鏡1和準(zhǔn)直鏡2后變成一擴(kuò)展平行光束，如 果被測光是平行寬光束或有一定的寬度，則此環(huán)節(jié)可以省略，該光束通過分光棱鏡3分束 后，在空間上形成互相分開的、完全相同的四束分光束，以便用探測器組分別對它們進(jìn)行測 量，然后該四束光再分別經(jīng)過具有不同功能的四個(gè)濾光鏡的濾光后，用四個(gè)相同的探測器 分別測量這四束光的光強(qiáng)度，在對復(fù)色光進(jìn)行測量時(shí)，在分光棱鏡3和每個(gè)濾光鏡之間分 別設(shè)置有一組聚光鏡和狹縫，最后通過計(jì)算機(jī)和有關(guān)應(yīng)用軟件的計(jì)算和處理后，便可得到 描述光的偏振狀態(tài)的斯托克斯參量的四個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對光的偏振態(tài)的測量。參見圖2，分光棱鏡3是由完全相同的四塊三棱鏡組成，或具有相同功能的整塊棱 鏡，整塊棱鏡是透光的。當(dāng)分光棱鏡是由四塊完全相同的三棱鏡依順時(shí)針或逆時(shí)針的方向 在一個(gè)平面上依次拼接而成。當(dāng)分光棱鏡是整塊光學(xué)元件時(shí)，分光棱鏡整體包括第一實(shí)平 面以及與第一實(shí)平面相對的第二虛平面，第二虛平面上設(shè)置有四個(gè)小平面，四個(gè)小平面沿 分光棱鏡透光軸對稱分布并整體與第二虛平面呈倒棱錐形。利用三棱鏡可改變光線方向的特性，把垂直入射到該棱鏡上的一束光分成四束沿不同方向并且完全對稱的四束光，四個(gè) 濾光鏡分別是具有不同功能的四個(gè)濾光鏡，它們可以是鍍有介質(zhì)膜的光學(xué)元件、光學(xué)偏振 元件或?qū)饩哂须p折射特性的光學(xué)器件等，探測器可以是常用的光電探測器，其作用是把 光信號(hào)轉(zhuǎn)換成可方便探測和處理的電信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量方法，其特征在于所述光偏振態(tài)斯托克斯參量 的測量方法包括以下步驟1)獲取擴(kuò)展平行光束；2)將步驟1)所得到的擴(kuò)展平行光束在空間上分為互相分開的、完全相同的四束分光束；3)對步驟2)所得到的四束分光束分別進(jìn)行調(diào)制并測量其光強(qiáng)度；4)根據(jù)測量的光強(qiáng)度計(jì)算描述光偏振態(tài)的斯托克斯參量。
2.一種光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述光偏振態(tài)斯托克斯參量 的測量系統(tǒng)包括分光棱鏡、濾光鏡組以及探測器組；所述分光棱鏡、濾光鏡組以及探測器組 依次設(shè)置于同一光軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述分光 棱鏡是由四塊三棱鏡相互拼接組成或整塊光學(xué)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述分光 棱鏡是拼接時(shí)，所述分光棱鏡是由四塊完全相同的三棱鏡依順時(shí)針或逆時(shí)針的方向在一個(gè) 平面上依次拼接而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述分光 棱鏡是整塊光學(xué)元件時(shí)，所述分光棱鏡整體包括第一實(shí)平面以及與第一實(shí)平面相對的第二 虛平面，所述第二虛平面上設(shè)置有四個(gè)小平面，所述四個(gè)小平面沿分光棱鏡透光軸對稱分 布并整體與第二虛平面呈倒棱錐形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在 于所述濾光鏡組包括第一濾光鏡、第二濾光鏡、第三濾光鏡以及第四濾光鏡；所述第一濾 光鏡、第二濾光鏡、第三濾光鏡以及第四濾光鏡分別設(shè)置于經(jīng)分光棱鏡的分光后的四條光 路上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述探測 器組包括第一探測器、第二探測器、第三探測器以及第四探測器；所述第一探測器與第一濾 光鏡設(shè)置于同一光路上；所述第二探測器與第二濾光鏡設(shè)置于同一光路上；所述第三探測 器與第三濾光鏡設(shè)置于同一光路上；所述第四探測器與第四濾光鏡設(shè)置于同一光路上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述光偏 振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)還包括擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡；所述擴(kuò)束鏡、準(zhǔn)直鏡和分光棱鏡、濾 光鏡組以及探測器組設(shè)置于同一光軸上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述光偏 振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)還包括第一選光部件、第二選光部件、第三選光部件以及第 四選光部件；所述第一選光部件設(shè)置于分光棱鏡和第一濾光鏡之間；所述第二選光部件設(shè) 置于分光棱鏡和第二濾光鏡之間；所述第三選光部件設(shè)置于分光棱鏡和第三濾光鏡之間； 所述所述第四選光部件設(shè)置于分光棱鏡和第四濾光鏡之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量系統(tǒng)，其特征在于所述第一 選光部件、第二選光部件、第三選光部件以及第四選光部件是由透鏡和光闌組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量方法及系統(tǒng)，該測量方法包括以下步驟1)獲取擴(kuò)展平行光束；2)將步驟1)所得到的擴(kuò)展平行光束在空間上分為互相分開的、完全相同的四束分光束；3)對步驟2)所得到的四束分光束分別進(jìn)行調(diào)制并測量其光強(qiáng)度；4)根據(jù)測量的光強(qiáng)度計(jì)算描述光偏振態(tài)的斯托克斯參量。本發(fā)明提供了一種光路結(jié)構(gòu)對稱、調(diào)節(jié)簡單方便、能量利用率高、可對光信息進(jìn)行快速實(shí)時(shí)測量與處理的光偏振態(tài)斯托克斯參量的測量方法及系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01J4/00GK102116674SQ201010300058
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者張淳民, 趙葆常, 高宏文 申請人:西安交通大學(xué)