CN102798463B - 一种显示偏振光光强的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示偏振光光强的方法，包括：S1.将自然光变成线偏振光；S2.判断线偏振光的振动方向与预设的偏振化方向是否一致；若一致，则进入步骤S3，若不一致，则回到步骤S1；S3.将所述的线偏振光分解成X轴和Y轴两个分量，并测量所述的线偏振光与X轴分量之间的夹角S4.采集所述分量光强的信息；S5.处理所述分量光强的信息并加以显示。本发明还公开了一种显示偏振光光强的系统。根据本发明的偏振光光强的方法和系统，利用计算机仿真系统来显示光强，从而比传统的显示偏振光光强的系统更简单、更小型化。

Description

一种显示偏振光光强的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于电磁波领域，具体涉及一种显示偏振光光强的方法和系统。

背景技术

从所周知，在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为线偏振光(或平面偏振光)，在日常生活中，照相机镜头，立体电影和消除车灯眩光等都应用了光的偏振原理，而实际上除了光源直接发出的光以外，我们通常看到的大部分都是偏振光。

现有技术对偏振光光强的检测，需要通过构建精密的测量仪器组，包括起偏器、检偏器、光屏、支撑台、支柱、检测台、步进电机、计算机等，来检测波片对光的偏振作用光强效果。在整套设备中，可通过改变起偏器透光轴与主光轴夹角，检偏器透光轴与主光轴夹角以及波片长轴与主光轴夹角，来测定不同厚度波片的光偏振光强效果。

整个调整测试过程不仅需要大量的时间，搭建整个测试平台需要大量成本投入，因此需要建立一种性价比更高的波片效果检测系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供更简单、更小型化的计算机仿真偏振光光强的方法和系统。

本发明解决其技术问题所采用的第一个技术方案是：提供一种偏振光光强的方法，包括：

S1.将自然光变成线偏振光；

S2.判断线偏振光的振动方向与预设的偏振化方向一致；若一致，则进入步骤S3，若不一致，则回到步骤S1；

S3.将所述的线偏振光分解成X轴和Y轴两个分量；并测量所述的线偏振光与X轴分量之间的夹角θ；

S4.采集所述分量光强的信息；

S5.处理所述分量光强的信息并加以显示。

在本发明所述的偏振光光强的方法中，所述的夹角的取值范围为：-90°≤θ≤90°。

本发明解决其技术问题所采用的第二个技术方案是：提供一种偏振光光强的系统，包括：

起偏单元：用于将自然光变成线偏振光；

判断单元：与所述的起偏单元相连，用于判断线偏振光的振动方向与预设的偏振化方向一致；

分解单元：与所述的判断单元相连，用于.将所述的线偏振光分解成X轴和Y轴两个分量；并测量所述的线偏振光与X轴分量之间的夹角；

采集单元：与所述的分解单元相连，用于采集所述分量光强的信息；

显示单元：与所述的采集单元相连，用于处理所述分量光强的信息并加以显示。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括起偏单元设置模块，用于输入所述的起偏单元与X轴之间的夹角。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括判断单元设置模块，用于输入所述的判断单元与X轴之间的夹角。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括分解单元设置模块，用于输入所述的分解单元与X轴之间的夹角。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括相位差设置模块，用于输入X轴与Y轴之间的相位差。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述的夹角的取值范围为：-90°≤θ≤90°。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括第一输出单元模块，用于动态显示改变起偏单元与X轴的夹角对光强的影响。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括第二输出单元模块，用于动态显示改变判断单元与X轴的夹角对光强的影响。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括第三输出单元模块，用于动态显示改变分解单元与X轴的夹角对光强的影响。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括第四输出单元模块，用于动态显示改变X轴与Y轴之间的相位差对光强的影响。

根据本发明的偏振光光强的方法和系统，利用计算机仿真系统来显示光强模块，从而让传统的显示偏振光光强的系统更简单、更小型化。

附图说明

图1为本发明显示偏振光光强的方法流程图；

图2为本发明光波于X轴及Y轴投影分解图；

图3为本发明显示偏振光光强系统结构方框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明实施例一，一种显示偏振光光强的方法，包括：

S1.将自然光变成线偏振光；

普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光的器件称为起偏器(Polarizer)，常用的起偏器有：偏振片、尼科耳棱镜等。振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象，光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向，光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。

从自然光获得线偏振光的方法有以下四种：1、利用反射和折射；2、利用二向色性；3、利用晶体的双折射；4、利用散射。

S2.判断线偏振光的振动方向与预设的偏振化方向是否一致；若一致，则进入步骤S3，若不一致，则回到步骤S1；

预设的偏振化方向为起偏器中设置的方向，自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方面振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同，通过步骤S2，我们可选择我们关注的方向上的偏振光。

S3.将所述的线偏振光分解成X轴和Y轴两个分量，并测量所述的线偏振光与X轴分量之间的夹角θ；

在光学中运用矩阵方法，可以使某些繁复的光学问题(例如几何光学计算、薄膜干涉和偏振态)变得简洁方便，并便于利用电子计算机来进计算，因此这种方法的运用日益得到重视，这故本发明也采用偏振态的矩阵表示法，并说明如何用矩阵来描述偏振器件的物理特性，通过这样的矩阵运算就可以推断偏振光经由偏振器构成的光学系统后出射偏振器。

如图2所示，在光学实验中，光的偏振可以用琼斯矩阵来描述其过程，任一偏振光可以表达成一个由两个分量x轴、y轴方向构成的矢量(定义光的传播方向为Z轴)。琼斯矩阵由振幅与x轴、y轴方向上的磁场相位组成。各种对光的偏振态作线性转换的器件都可以用一个2x2矩阵表示，该矩阵称为偏振器件的琼斯矩阵。其矢量为：Ex(t)以及Ey(t)组成的二维矢量，Ex(t)为沿z轴传播的偏振光的光矢量在x坐标轴上的投影值；Ey(t)为沿z轴传播的偏振光的光矢量在y坐标轴上的投影值；Z轴与X轴夹角为θ。

琼斯表示法的应用之一，是用来计算几个给定的偏振波的相加，将琼斯矢量进行矩阵加法就可得到所要结果，这个方法远比三角运算简洁方便，例如两个旋转方向相反，振幅相等的圆偏振光波合成后是一个平面偏振光。

S4.采集所述分量光强的信息；

用传感器采集Ex(t)值、Ey(t)值、以及夹角θ、必要时也采集电磁波于X轴以及Y轴上的电场矢量，实际应用时，传感器应采集3次以上取其平均值时误差才相对较小。

采集完所需的数值后，应传送给智能终端进行处理。

S5.处理所述分量光强的信息并加以显示。

光强度I计算公式为：I＝Ex 2+Ey 2，Ex为沿x轴方向上光的振幅，Ey为沿y轴方向上光的振幅。

利用S4步骤采取的数值，计算出相应的振幅，进而得出通过计算机仿真出光强效果。

本发明实施例二，一种显示偏振光光强的系统，用于实现实施例一中所述的方法，包括：起偏单元100、判断单元200、分解单元300、采集单元400、显示单元500。起偏单元100：用于将自然光变成线偏振光；判断单元200：与起偏单元100相连，用于判断线偏振光的振动方向与预设的偏振化方向是否一致；分解单元300：与判断单元200相连，用于将所述的线偏振光分解成X轴和Y轴两个分量；并测量所述的线偏振光与X轴分量之间的夹角；采集单元400：与分解单元300相连，用于采集所述分量光强的信息；显示单元500：与采集单元相连，用于处理所述分量光强的信息并加以显示。

在本发明的显示偏振光光强的系统中，显示单元500包括起偏单元设置模块以及第一输出模块，相应用于输入所述的起偏单元与X轴之间的夹角及用于动态显示改变起偏单元与X轴的夹角对光强的影响。

在本发明的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括判断单元设置模块以及第二显示模块，相应用于输入所述的判断单元与X轴之间的夹角及动态显示改变判断单元与X轴的夹角对光强的影响。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括分解单元设置模块及第三显示模块，用于输入所述的分解单元与X轴之间的夹角用于动态显示改变分解单元与X轴的夹角对光强的影响。

在本发明所述的显示偏振光光强的系统中，所述显示单元包括相位差设置模块以及第四显示模块，用于输入X轴与Y轴之间的相位差及用于动态显示改变分解单元与X轴的夹角对光强的影响。

在本发明显示偏振光光强的系统中，所述的夹角的取值范围为：-90°≤θ≤90°。

根据本发明的偏振光光强的方法和系统，利用计算机仿真系统来显示光强，从而让传统的显示偏振光光强的系统更简单、更小型化。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种显示偏振光光强的方法，其特征在于，包括：

S1.将自然光变成线偏振光；

S2.判断所述线偏振光的振动方向与预设的偏振化是否方向一致；若一致，则进入步骤S3，若不一致，则回到步骤S1；

S3.将所述的线偏振光分解成X轴和Y轴两个分量，并测量所述的线偏振光与X轴分量之间的夹角θ，其中Ex(t)记为所述线偏振光的光矢量在X轴上的投影值；Ey(t)记为所述线偏振光的光矢量在Y轴上的投影值；

S4.采集所述分量光强的信息Ex(t)值、Ey(t)值、以及夹角θ；

S5.处理所述分量光强的信息并加以显示，具体包括：计算光强度I，I＝Ex²+Ey²，Ex为沿x轴方向上光的振幅，Ey为沿y轴方向上光的振幅，通过计算机仿真出光强效果。

2.根据权利要求1所述的偏振光光强的方法，其特征在于，所述的夹角的取值范围为：-90°≤θ≤90°。

3.一种显示偏振光光强的系统，其特征在于，包括：

起偏单元：用于将自然光变成线偏振光；

判断单元：与所述的起偏单元相连，用于判断所述线偏振光的振动方向与预设的偏振化方向是否一致；

分解单元：与所述的判断单元相连，用于将所述的线偏振光分解成X轴和Y轴两个分量，并测量所述的线偏振光与X轴分量之间的夹角，其中Ex(t)记为所述线偏振光的光矢量在X轴上的投影值；Ey(t)记为所述线偏振光的光矢量在Y轴上的投影值；

采集单元：与所述的分解单元相连，用于采集所述分量光强的信息Ex(t)值、Ey(t)值、以及夹角θ；

显示单元：与所述的采集单元相连，用于处理所述分量光强的信息并加以显示，计算光强度I＝Ex²+Ey²，Ex为沿x轴方向上光的振幅，Ey为沿y轴方向上光的振幅，并显示出光强效果；

其中，所述显示单元包括第一输出单元模块，用于动态显示改变起偏单元与X轴的夹角对光强的影响；

第二输出单元模块，用于动态显示改变判断单元与X轴的夹角对光强的影响；

第三输出单元模块，用于动态显示改变分解单元与X轴的夹角对光强的影响；

第四输出单元模块，用于动态显示改变X轴与Y轴之间的相位差对光强的影响。

4.根据权利要求3所述的显示偏振光光强的系统，其特征在于，所述显示单元包括起偏单元设置模块，用于输入所述的起偏单元与X轴之间的夹角。

5.根据权利要求3所述的显示偏振光光强的系统，其特征在于，所述显示单元包括判断单元设置模块，用于输入所述的判断单元与X轴之间的夹角。

6.根据权利要求3所述的显示偏振光光强的系统，其特征在于，所述显示单元包括分解单元设置模块，用于输入所述的分解单元与X轴之间的夹角。

7.根据权利要求3所述的显示偏振光光强的系统，其特征在于，所述显示单元包括相位差设置模块，用于输入X轴与Y轴之间的相位差。

8.根据权利要求3至6任一权利要求所述的显示偏振光光强的系统，其特征在于，所述的夹角的取值范围为：-90°≤θ≤90°。