1.一種六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,包括:光收集模塊、第一分束器(40),第二分束器(41),1/4波片(50),第一偏振分束器(60),第二偏振分束器(61),第三偏振分束器(62),第一光纖準直器(70),第二光纖準直器(71),第三光纖準直器(72),第四光纖準直器(73),第五光纖準直器(74),第六光纖準直器(75),1/2波片(80),第一光電倍增管(90),第二光電倍增管(91),第三光電倍增管(92),第四光電倍增管(93),第五光電倍增管(94),第六光電倍增管(95),第一放大器(110),第二放大器(111),第三放大器(112),第四放大器(113),第五放大器(114),第六放大器(115),示波器(120)和數(shù)據(jù)處理模塊(140);
所述光收集模塊用于將待測樣品表面散射或反射的信號光準直為平行光;
所述第一分束器(40)設(shè)置在所述光收集模塊的輸出光路上,用于將所述平行光分為第一反射光和第一透射光;
所述第二分束器(41)設(shè)置在所述第一分束器(40)的透射光路上,用于將所述第一透射光分為第二反射光和第二透射光;
所述第一偏振分束器(60)設(shè)置在所述第一分束器(40)的反射光路上,用于將所述第一反射光分為第三反射光和第三透射光;
所述第一光纖準直器(70)的輸入端接收所述第三反射光,所述第一光纖準直器(70)的輸出端依次通過所述第一光電倍增管(90)和第一放大器(110)連接至所述示波器(120)的第一輸入端;
所述第二光纖準直器(71)的輸入端接收所述第三透射光,所述第二光纖準直器(71)的輸出端依次通過所述第二光電倍增管(91)和第二放大器(111)連接至所述示波器(120)的第二輸入端;
所述1/2波片(80)和所述第二偏振分束器(61)依次設(shè)置在所述第二分束器(41)的反射光路上,所述第二偏振分束器(61)用于將所述第二反射光分為第四反射光和第四透射光;
所述第三光纖準直器(72)的輸入端接收所述第四反射光,所述第三光纖準直器(72)的輸出端依次通過所述第三光電倍增管(92)和第三放大器(112)連接至所述示波器(120)的第三輸入端;
所述第四光纖準直器(73)的輸入端接收所述第四透射光,所述第四光纖準直器(73)的輸出端依次通過所述第四光電倍增管(93)和第四放大器(113)連接至所述示波器(120)的第四輸入端;
所述1/4波片(50)和第三偏振分束器(62)依次設(shè)置在所述第二分束器(41)的透射光路上,所述第三偏振分束器(62)用于將所述第二透射光分為第五反射光和第五透射光;
所述第五光纖準直器(74)的輸入端接收所述第五反射光,所述第五光纖準直器(74)的輸出端依次通過所述第五光電倍增管(94)和第五放大器(114)連接至所述示波器(120)的第五輸入端;
所述第六光纖準直器(75)的輸入端接收所述第五透射光,所述第六光纖準直器(75)的輸出端依次通過所述第六光電倍增管(95)和第六放大器(115)連接至所述示波器(120)的第六輸入端;
所述數(shù)據(jù)處理模塊(140)與所述示波器(120)的輸出端連接,用于對所述示波器(120)輸出的數(shù)據(jù)進行處理后獲得待測光的斯托克斯向量。
2.如權(quán)利要求1所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,所述光收集模塊包括:會聚透鏡(10),孔徑光闌(20)和準直透鏡(30),所述孔徑光闌(20)設(shè)置在所述會聚透鏡(10)的焦點和所述準直透鏡(30)的焦點處。
3.如權(quán)利要求2所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,測量面與待測樣品的相應(yīng)出射面是重合的,且待測樣品測量區(qū)域中心與所述會聚透鏡(10)之間的距離大于1倍焦距。
4.如權(quán)利要求1所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,還包括:設(shè)置在所述第一光纖準直器(70)的輸出端與所述第一光電倍增管(90)的輸入端之間的第一光纖(100),設(shè)置在所述第二光纖準直器(71)的輸出端與所述第二光電倍增管(91)的輸入端之間的第二光纖(101),設(shè)置在所述第三光纖準直器(72)的輸出端與所述第三光電倍增管(92)的輸入端之間的第三光纖(102),設(shè)置在所述第四光纖準直器(73)的輸出端與所述第四光電倍增管(93)的輸入端之間的第四光纖(103),設(shè)置在所述第五光纖準直器(74)的輸出端與所述第五光電倍增管(94)的輸入端之間的第五光纖(104)和設(shè)置在所述第六光纖準直器(75)的輸出端與所述第六光電倍增管(95)的輸入端之間的第六光纖(105)。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,還包括:設(shè)置在所述示波器(120)的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊(140)的輸入端之間的USB總線(130)。
6.如權(quán)利要求1所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,所述第一分束器(40)的分光面與所述平行光呈45°夾角,所述第二分束器(41)的分光面與所述第一分束器(40)的透射光呈45°夾角。
7.如權(quán)利要求1所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,第一分束器(40)的透反比為2:1,所述第二分束器(41)的透反比為1:1。
8.如權(quán)利要求1所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀,其特征在于,所述第一偏振分束器(60),所述第二偏振分束器(61)和所述第三偏振分束器(62)的結(jié)構(gòu)相同,均為透射與反射消光比大于10000:1的立方體偏振分束器。
9.一種基于權(quán)利要求1所述的六通道分振幅高速斯托克斯偏振儀的參數(shù)測量方法,其特征在于,包括下述步驟:
S1:調(diào)節(jié)待測光垂直入射到所述六通道分振幅斯托克斯偏振儀中;
S2:同步測得第一分支光束、第二分支光束、第三分支光束中各自p光和s光的光強分別為I1P、I1S、I2P、I2S、I3P和I3S;
S3:利用公式和計算待測光的斯托克斯向量偏振度
其中,由第一分束器(40)、第一偏振分束器(60)、第一和第二光纖準直器(70、71)、第一和第二光纖(100、101)、第一和第二光電倍增管(90、91)組成第一分支光路,第一分支光路包含的兩束光合稱為第一分支光束;
由第一分束器(40)、第二分束器(41)、第二偏振分束器(61)、1/2波片(80)、第三和第四光纖準直器(72、73)、第三和第四光纖(102、103)、第一和第二光電倍增管(92、93)組成第二分支光路,第二分支光路包含的兩束光合稱為第二分支光束;
由第一分束器(40)、第二分束器(41)、第三偏振分束器(62)、1/4波片(50)、第三和第四光纖準直器(74、75)、第三和第四光纖(104、105)、第一和第二光電倍增管(94、95)組成第三分支光路,第三分支光路包含的兩束光合稱為第三分支光束;
I1P、I1S分別為在所述第一分支光路中由所述第一光電倍增管(90)和所述第二光電倍增管(91)所測量的光強信號;I2P、I2S分別為在第二分支光路中由所述第三光電倍增管(92)和所述第四光電倍增管(93)所測量的光強信號;I3P、I3S分別為在第三分支光路中由所述第五光電倍增管(94)和所述第六光電倍增管(95)所測量的光強信號;S為待測光的斯托克斯向量,S1、S2、S3是斯托克斯向量S中第二、第三、第四向量元素,也稱為斯托克斯參數(shù),P為偏振度。
10.如權(quán)利要求9所述的參數(shù)測量方法,其特征在于,在步驟S1之前還包括出廠前的參數(shù)修正步驟:
(1)采用He-Ne激光器、起偏器和1/4波片產(chǎn)生一束線偏振光,起偏器方位角α和1/4波片方位角β可在0°至360°內(nèi)調(diào)節(jié);
(2)將此偏振光直接入射到上述的斯托克斯偏振儀中,并得到相應(yīng)斯托克斯向量;
(3)不斷改變起偏器和1/4波片的方位角時,儀器測量得到斯托克斯向量也相應(yīng)改變,則可生成斯托克斯參數(shù)測量曲線
(4)根據(jù)光的偏振理論建立斯托克斯理論模型,該理論模型中以各器件的參數(shù)偏差和安裝誤差值作為擬合參數(shù);
(5)將該理論模型對應(yīng)的計算曲線Si(α,β)與測量曲線進行擬合,使得最小,則可反演得到各器件的參數(shù)偏差值(δ1,δ2…δq)和安裝誤差值
(6)根據(jù)所求參數(shù)偏差值和安裝誤差值修正儀器中的器件參數(shù)值;
其中,α為起偏器方位角,β為1/2波片方位角;δ為儀器中器件的參數(shù)偏差,δq表示第q個參數(shù)偏差;為儀器中器件的安裝誤差,表示第l個參數(shù)偏差;i=1,2,3,表示測量的斯托克斯參數(shù)S1、S2、S3,下標m表示測量;Si(α,β),i=1,2,3,表示利用理論模型計算得到的斯托克斯參數(shù)S1、S2、S3;N為起偏器方位角個數(shù),M為1/4波片方位角個數(shù)。