CN102116674B - 光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统，该测量方法包括以下步骤：1)获取扩展平行光束；2)将步骤1)所得到的扩展平行光束在空间上分为互相分开的、完全相同的四束分光束；3)对步骤2)所得到的四束分光束分别进行调制并测量其光强度；4)根据测量的光强度计算描述光偏振态的斯托克斯参量。本发明提供了一种光路结构对称、调节简单方便、能量利用率高、可对光信息进行快速实时测量与处理的光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统。

Description

光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种光学参量的测量方法及系统，尤其涉及一种光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统。

现有技术

光信息探测是光电子信息技术的重要组成部分，光强度是光信息的主要内容之一。斯托克斯参量可全面描述光束的偏振态和光强度，因此通过对斯托克斯参量的测量，即可确定光束的偏振态。目前，斯托克斯参量的测量方法大致可分为两类：

1、光调制法。该方法主要是在待测光路中插入起偏器和相位延迟器等器件，对光路进行调制并对其进行测量，通过计算求得斯托克斯参量，该方法通常要求在测量时调节测量光路中的器件，光调制法由于在光路中插入了起偏器和相位延迟器等器件，光路中的光学元器件相对较多，所以测量调节起来比较麻烦。

2、分振幅法。该方法是把待测光束分解成四束，分别用四个光电探测器同时完成对待测光束的各个斯托克斯参量的测量，分振幅法由于在光路中插入了分光器件，对待测光束进行了多次的反射和透射进行分束，损失了一部分光能量，改变了光束的偏振状态，该方法所采用的测量光路又不对称，所以，测量调节起来也不是很方便，对待测光束的测量结果有一定的影响。

光调制法和分振幅法二者均不利于对微弱光的测量，分振幅法由于是一种既无机械转动又无调制系统的偏振光斯托克斯参量的测量方法，所以，目前应用这一原理研制新型偏振测量仪在国内和国际上已引起业内同行的关注，具有一定的实用价值和推广应用的潜力。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种光路结构对称、调节简单方便、能量利用率高、可对光信息进行快速实时测量与处理的光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种光偏振态斯托克斯参量的测量方法，其特殊之处在于：所述光偏振态斯托克斯参量的测量方法包括以下步骤：

1)获取扩展平行光束；

2)将步骤1)所得到的扩展平行光束在空间上分为互相分开的、完全相同的四束分光束

3)对步骤2)所得到的四束分光束分别进行调制并测量其光强度；

4)根据测量的光强度计算描述光偏振态的斯托克斯参量。

一种光偏振态斯托克斯参量的测量系统，其特殊在于：所述光偏振态斯托克斯参量的测量系统包括分光棱镜、滤光镜组以及探测器组；所述分光棱镜、滤光镜组以及探测器组依次设置于同一光轴上。

上述分光棱镜是由四块三棱镜相互拼接组成或整块光学元件。

上述分光棱镜是拼接时，所述分光棱镜是由四块完全相同的三棱镜依顺时针或逆时针的方向在一个平面上依次拼接而成。

上述分光棱镜是整块光学元件时，所述分光棱镜整体包括第一实平面以及与第一实平面相对的第二虚平面，所述第二虚平面上设置有四个小平面，所述四个小平面沿分光棱镜透光轴对称分布并整体与第二虚平面呈倒棱锥形。

上述滤光镜组包括第一滤光镜、第二滤光镜、第三滤光镜以及第四滤光镜；所述第一滤光镜、第二滤光镜、第三滤光镜以及第四滤光镜分别设置于经分光棱镜的分光后的四条光路上。

上述探测器组包括第一探测器、第二探测器、第三探测器以及第四探测器；所述第一探测器与第一滤光镜设置于同一光路上；所述第二探测器与第二滤光镜设置于同一光路上；所述第三探测器与第三滤光镜设置于同一光路上；所述第四探测器与第四滤光镜设置于同一光路上。

上述光偏振态斯托克斯参量的测量系统还包括扩束镜和准直镜；所述扩束镜、准直镜和分光棱镜、滤光镜组以及探测器组设置于同一光轴上。

上述光偏振态斯托克斯参量的测量系统还包括第一选光部件、第二选光部件、第三选光部件以及第四选光部件；所述第一选光部件设置于分光棱镜和第一滤光镜之间；所述第二选光部件设置于分光棱镜和第二滤光镜之间；所述第三选光部件设置于分光棱镜和第三滤光镜之间；所述所述第四选光部件设置于分光棱镜和第四滤光镜之间。

上述第一选光部件、第二选光部件、第三选光部件以及第四选光部件是由透镜和光阑组成。

本发明的优点是：

1、光路结构对称、调节简单方便。本发明采用分光棱镜的方式，利用三棱镜可改变光线方向的特性，把垂直入射到该棱镜上的一束光分成四束沿不同方向并且完全对称的四束光，光路结构对称可调，并且在后续的检测过程中，使用非常之便利。

2、可对光信息进行快速实时测量与处理。本发明利用被测光通过扩束、准直后变成一束平行光，然后通过分光棱镜分束后，在空间上被分成互相分开的、完全相同的四束分光束，最后这四束光分别经过具有不同功能的四个滤光镜的滤光后，用四个相同的探测器分别测量这四束光的光强度，可对光信息进行快速实时测量与处理。

3、应用范围广。本发明根据光的分波振面的原理，利用被测光通过扩束、准直后变成一束平行光，然后通过分光棱镜分束后，在空间上被分成互相分开的、完全相同的四束分光束，最后这四束光分别经过具有不同功能的四个滤光镜的滤光后，用四个相同的探测器分别测量这四束光的光强度，在对复色光进行测量时，在每个滤光镜的和探测器之间分别设置有一组选光部件。该方法所依据的原理正确，技术合理，根据该方法所设计的测量系统结构对称、调节简单方便、能量利用率高、切实可行，可同时测量出描述光偏振态的斯托克斯参量的光强度数值。本发明也可应用于其它光学测量等，应用范围广。

附图说明

图1为本发明所提供的光偏振态斯托克斯参量的测量系统结构示意图；

图2a为本发明所提供光偏振态斯托克斯参量的测量系统中分光棱镜正视图；

图2b为本发明所提供光偏振态斯托克斯参量的测量系统中分光棱镜的侧视图。

具体实施方式

本发明提供了一种光偏振态斯托克斯参量的测量方法，该方法包括以下步骤：

1)获取扩展平行光束；

2)将步骤1)所得到的平行宽光束在空间上分为互相分开的、完全相同的四束分光束；

3)对步骤2)所得到的四束分光束分别进行调制并测量其光强度；

4)根据光强度计算光偏振态斯托克斯参量。

一种光偏振态斯托克斯参量的测量系统，包括分光棱镜3、滤光镜组以及探测器组；分光棱镜3、滤光镜组以及探测器组依次设置于同一光轴上，滤光镜组包括第一滤光镜4、第二滤光镜5、第三滤光镜6以及第四滤光镜7；第一滤光镜4、第二滤光镜5、第三滤光镜6以及第四滤光镜7分别设置于经分光棱镜3的透射后的四条光路上。分光棱镜3是由四块三棱镜相互拼接而成，或具有相同功能的整块棱镜。探测器组包括第一探测器8、第二探测器9、第三探测器10以及第四探测器11；第一探测器8与第一滤光镜4设置于同一光路上；第二探测器9与第二滤光镜5设置于同一光路上；第三探测器10与第三滤光镜6设置于同一光路上；第四探测器11与第四滤光镜7设置于同一光路上。

扩束镜1和准直镜2；扩束镜1、准直镜2和分光棱镜3、滤光镜组以及探测器组设置于同一光轴上。除此之外，该系统还包括第一选光部件、第二选光部件、第三选光部件以及第四选光部件；第一选光部件设置于分光棱镜3和第一滤光镜4之间；第二选光部件设置于分光棱镜3和第二滤光镜5之间；第三选光部件设置于分光棱镜3和第三滤光镜6之间；第四选光部件设置于分光棱镜3和第四滤光镜7之间。第一选光部件、第二选光部件、第三选光部件以及第四选光部件是由透镜和光阑组成。

第一滤光镜4、第二滤光镜5、第三滤光镜6以及第四滤光镜7是具有不同功能的四个滤光镜。第一探测器8、第二探测器9、第三探测器10以及第四探测器11是性能指标完全相同的四个探测器。

本发明在具体实现时：被测光通过扩束镜1和准直镜2后变成一扩展平行光束，如果被测光是平行宽光束或有一定的宽度，则此环节可以省略，该光束通过分光棱镜3分束后，在空间上形成互相分开的、完全相同的四束分光束，以便用探测器组分别对它们进行测量，然后该四束光再分别经过具有不同功能的四个滤光镜的滤光后，用四个相同的探测器分别测量这四束光的光强度，在对复色光进行测量时，在分光棱镜3和每个滤光镜之间分别设置有一组聚光镜和狭缝，最后通过计算机和有关应用软件的计算和处理后，便可得到描述光的偏振状态的斯托克斯参量的四个数据，实现对光的偏振态的测量。

参见图2，分光棱镜3是由完全相同的四块三棱镜组成，或具有相同功能的整块棱镜，整块棱镜是透光的。当分光棱镜是由四块完全相同的三棱镜依顺时针或逆时针的方向在一个平面上依次拼接而成。当分光棱镜是整块光学元件时，分光棱镜整体包括第一实平面以及与第一实平面相对的第二虚平面，第二虚平面上设置有四个小平面，四个小平面沿分光棱镜透光轴对称分布并整体与第二虚平面呈倒棱锥形。利用三棱镜可改变光线方向的特性，把垂直入射到该棱镜上的一束光分成四束沿不同方向并且完全对称的四束光，四个滤光镜分别是具有不同功能的四个滤光镜，它们可以是镀有介质膜的光学元件、光学偏振元件或对光具有双折射特性的光学器件等，探测器可以是常用的光电探测器，其作用是把光信号转换成可方便探测和处理的电信号。

Claims (4)

1.一种光偏振态斯托克斯参量的测量方法，其特征在于：所述光偏振态斯托克斯参量的测量方法包括以下步骤：

1)获取扩展平行光束；

2)将步骤1)所得到的扩展平行光束通过分光棱镜在空间上分为互相分开的、完全相同的四束分光束；所述分光棱镜是由四块截面是直角三角形的三棱镜相互拼接组成的整体或整块光学元件；

3)对步骤2)所得到的四束分光束分别进行调制并测量其光强度：所述扩展平行光束通过分光棱镜分束后在空间上形成互相分开的、完全相同的四束分光束，利用探测器组分别对它们进行测量，然后该四束光再分别依次经过透镜、光阑以及具有不同功能的四个滤光镜的滤光后，用四个相同的探测器分别测量这四束光的光强度；

4)根据测量的光强度计算描述光偏振态的斯托克斯参量。

2.一种光偏振态斯托克斯参量的测量系统，其特征在于：所述光偏振态斯托克斯参量的测量系统包括扩束镜、准直镜、分光棱镜、选光部件组、滤光镜组以及探测器组；所述扩束镜、准直镜、分光棱镜、选光部件组、滤光镜组以及探测器组依次设置于同一光轴上；所述准直镜将入射至准直镜的光束准直后通过分光棱镜在空间上分为互相分开的、完全相同的分光束；所述滤光镜组分别对分光束进行调制；所述探测器组探测经滤光镜组所调制的光强度；所述分光棱镜是由四块截面是直角三角形的三棱镜相互拼接组成的整体或整块光学元件；所述分光棱镜整体包括第一实平面以及与第一实平面相对的第二虚平面，所述第二虚平面上设置有四个小平面，所述四个小平面沿分光棱镜透光轴对称分布并整体与第二虚平面呈倒棱锥形；所述滤光镜组包括第一滤光镜、第二滤光镜、第三滤光镜以及第四滤光镜；所述第一滤光镜、第二滤光镜、第三滤光镜以及第四滤光镜分别设置于经分光棱镜的分光后的四条光路上；所述选光部件组包括第一选光部件、第二选光部件、第三选光部件以及第四选光部件；所述第一选光部件设置于分光棱镜和第一滤光镜之间；所述第二选光部件设置于分光棱镜和第二滤光镜之间；所述第三选光部件设置于分光棱镜和第三滤光镜之间；所述第四选光部件设置于分光棱镜和第四滤光镜之间；所述第一选光部件、第二选光部件、第三选光部件以及第四选光部件是由透镜和光阑组成。

3.根据权利要求2所述的光偏振态斯托克斯参量的测量系统，其特征在于：所述分光棱镜是拼接时，所述分光棱镜是由四块完全相同的三棱镜依顺时针或逆时针的方向在一个平面上依次拼接而成。

4.根据权利要求3所述的光偏振态斯托克斯参量的测量系统，其特征在于：所述探测器组包括第一探测器、第二探测器、第三探测器以及第四探测器；所述第一探测器与第一滤光镜设置于同一光路上；所述第二探测器与第二滤光镜设置于同一光路上；所述第三探测器与第三滤光镜设置于同一光路上；所述第四探测器与第四滤光镜设置于同一光路上。

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