CN103234909A - 一种快速脉冲激光偏振度测量装置 - Google Patents

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陈慧敏
王�锋
程合蛟
苏必达
丁伯圣
刘欣
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本发明涉及一种快速脉冲激光偏振度测量装置，属于激光技术领域。该装置包括激光器（1）、光束整形透镜（2）、格兰泰勒棱镜（3）、消偏分光棱镜（4）、偏振分光棱镜（5）、光电探测器A（6）和光电探测器B（7）。本发明的装置采用偏振分光棱镜，可以实现对被测样品后向散射光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的分离，同时完成光束中水平偏振P光电压值VP和垂直偏振S光电压值VS的测量，并利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品后向散射的偏振度，从而实现对被测样品偏振度的快速测量。测量过程中，避免通过调节检偏器来分别获取水平偏振P光和垂直偏振S光所带来的误差，所以测量精度高。

Description

一种快速脉冲激光偏振度测量装置
技术领域
本发明涉及一种快速脉冲激光偏振度测量装置，属于激光技术领域。
背景技术
目前，常用的脉冲激光偏振度的测量装置如图1所示，激光器11发出的脉冲激光经起偏器12后得到线偏振光，线偏振光经被测样品15退偏后，部分后向散射光经检偏器13进入光电探测器14。通过旋转检偏器13，实现对被测样品15后向散射光中水平偏振P光和垂直偏振S光的分离。该测量装置只使用了一个光电探测器14，所以每次测量只能得到水平偏振P光或垂直偏振S光中的一个测量值，因此要获得被测样品15后向散射光中的水平偏振P光和垂直偏振S光只能通过两步来实现。同时，在调节检偏器13的过程中，存在一定的误差，使得测量得出的偏振度也不准确。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种快速脉冲激光偏振度测量装置，该装置利用消偏分光棱镜将被测样品散射光束的一部分垂直反射到偏振分光棱镜，通过偏振分光棱镜将光束中的水平偏振P光和垂直偏振S光分离，被两个光电探测器接收，由光信号转换成电信号，同时得到水平偏振P光的电压值VP，垂直偏振S光的电压值VS，利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度。
本发明的目的是通过下述方案实现的。
本发明的一种快速脉冲激光偏振度测量装置，该装置包括激光器1、光束整形透镜2、格兰泰勒棱镜3、消偏分光棱镜4、偏振分光棱镜5、光电探测器A6和光电探测器B7；激光器1、光束整形透镜2、格兰泰勒棱镜3和消偏分光棱镜4顺次排列且位于同一主光轴上；偏振分光棱镜5位于消偏分光棱镜4的一侧，且与主光轴垂直；光电探测器A6和光电探测器B7分别在偏振分光棱镜5的透射方向和反射方向；激光器1的发光面位于光束整形透镜2的焦点上，以确保经光束整形透镜2后的光束为平行光；被测样品8的中心位于主光轴上，且在消偏分光棱镜4的后面，被测样品8可以沿主光轴转动；
从激光器1发出的发射光束经过光束整形透镜2进行整形，将光束整形成平行光束，平行光束经过格兰泰勒棱镜3后得到水平偏振P光，水平偏振P光经过消偏分光棱镜4后入射到被测样品8上，被测样品8散射后的光束再经过消偏分光棱镜4后，将散射光束的一部分垂直反射到偏振分光棱镜5，经过偏振分光棱镜5分解成水平偏振P光和垂直偏振S光，并分别由光电探测器A6和光电探测器B7接收，由光信号转换为电信号，从而根据光电探测器A6得到被测样品8的水平偏振P光的电压值VP，根据光电探测器B7得到被测样品8的垂直偏振S光的电压值VS，实现对所选用波长的激光的光电转换，并利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度。
所述激光器1，为装置提供脉冲激光作为发射光束；
所述光束整形透镜2，对激光器1发射的光束进行整形，使光束能够全部通过格兰泰勒棱镜3；光束整形透镜2由一片以上透镜组成；
所述格兰泰勒棱镜3，将脉冲激光变为具有较高偏振度的水平偏振P光；
所述消偏分光棱镜4，在不改变光束偏振状态的情况下，将光束分为两路，实现光路的改变；
所述偏振分光棱镜5，将通过它的光束分为水平偏振P光和垂直偏振S光，从而实现经被测样品8的后向散射光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的快速分离。
所述光电探测器A6和光电探测器B7，由光信号转换为电信号，根据光电探测器A6得到被测样品8的水平偏振P光的电压值VP，根据光电探测器B7得到被测样品8的垂直偏振S光的电压值VS，并利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度。
工作过程：经激光器1发出的脉冲激光，首先经光束整形透镜2整形，整形后的平行光束经格兰泰勒棱镜3后得到具有较高偏振度的水平偏振P光。水平偏振P光经过消偏分光棱镜4入射到被测样品8上，被测样品8散射后的光束再经过消偏分光棱镜4后，将散射光束的一部分垂直反射到偏振分光棱镜5，经过偏振分光棱镜5分解成水平偏振P光和垂直偏振S光，并分别由光电探测器A6和光电探测器B7接收，由光信号转换为电信号，从而根据光电探测器A6得到被测样品8的水平偏振P光的电压值VP，根据光电探测器B7得到被测样品8的垂直偏振S光的电压值VS，实现对所选用波长的激光的光电转换，并利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度。
有益效果
利用消偏分光棱镜将被测样品散射光束的一部分垂直反射到偏振分光棱镜，通过偏振分光棱镜将光束中的水平偏振P光和垂直偏振S光分离，被两个光电探测器接收，由光信号转换成电信号，同时得到水平偏振P光的电压值VP，垂直偏振S光的电压值VS，利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度，从而实现对被测样品偏振度的快速测量。
对于利用激光偏振特性进行探测和成像的系统，具有良好的应用前景。为了提高激光对目标（此处的目标可理解成不同的被测样品）的识别能力，本发明介绍了一种快速脉冲激光偏振度测量装置。首先，该项技术利用偏振分光棱镜将光束中的水平偏振P光和垂直偏振S光分离，并同时被两个光电探测器分别接收。该装置利用偏振分光棱镜取代检偏器，实现光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的分离，从而同时实现对光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的测量。该装置的优势在于：第一，实现对光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的快速测量。由于该装置采用偏振分光棱镜来实现光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的分离，因此可以用两个光电探测器同时测量水平偏振P光和垂直偏振S光的值。第二，测量过程中，避免了通过调节检偏器来分别获取水平偏振P光和垂直偏振S光所带来的误差，所以测量精度高。
附图说明
图1为现有技术中后向散射偏振度的测量装置示意图；
其中，11-激光器，12-起偏器，13-检偏器，14-光电探测器，15-被测样品。
图2为本发明的快速脉冲激光偏振度测量装置示意图；
其中，1-激光器，2-光束整形透镜，3-格兰泰勒棱镜，4-消偏分光棱镜，5-偏振分光棱镜，6、7-光电探测器，8-被测样品。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
一种快速脉冲激光偏振度测量装置，该装置包括激光器1、光束整形透镜2、格兰泰勒棱镜3、消偏分光棱镜4、偏振分光棱镜5、光电探测器A6和光电探测器B7；激光器1、光束整形透镜2、格兰泰勒棱镜3和消偏分光棱镜4顺次排列且位于同一主光轴上；偏振分光棱镜5位于消偏分光棱镜4的一侧，且与主光轴垂直；光电探测器A6和光电探测器B7分别在偏振分光棱镜5的透射方向和反射方向；激光器1的发光面位于光束整形透镜2的焦点上，以确保经光束整形透镜2后的光束为平行光；被测样品8的中心位于主光轴上，且在消偏分光棱镜4的后面，被测样品8可以沿主光轴转动；
从激光器1发出的发射光束经过光束整形透镜2进行整形，将光束整形成平行光束，平行光束经过格兰泰勒棱镜3后得到水平偏振P光，水平偏振P光经过消偏分光棱镜4后入射到被测样品8上，被测样品8散射后的光束再经过消偏分光棱镜4后，将散射光束的一部分垂直反射到偏振分光棱镜5，经过偏振分光棱镜5分解成水平偏振P光和垂直偏振S光，并分别由光电探测器A6和光电探测器B7接收，由光信号转换为电信号，从而根据光电探测器A6得到被测样品8的水平偏振P光的电压值VP，根据光电探测器B7得到被测样品8的垂直偏振S光的电压值VS，实现对所选用波长的激光的光电转换，并利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度。
所述激光器1，为装置提供脉冲激光作为发射光束；
所述光束整形透镜2，对激光器1发射的光束进行整形，使光束能够全部通过格兰泰勒棱镜3；
所述格兰泰勒棱镜3，将脉冲激光变为具有较高偏振度的水平偏振P光；
所述消偏分光棱镜4，在不改变光束偏振状态的情况下，将光束分为两路，实现光路的改变；
所述偏振分光棱镜5，将通过它的光束分为水平偏振P光和垂直偏振S光，从而实现经被测样品8的后向散射光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的快速分离。
所述光电探测器A6和光电探测器B7，由光信号转换为电信号，根据光电探测器A6得到被测样品8的水平偏振P光的电压值VP，根据光电探测器B7得到被测样品8的垂直偏振S光的电压值VS，并利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度。
本实施例中，激光器1采用LD泵浦的被动调Q Nd3+:YAG/Cr4+:YAG微腔激光器；光束整形透镜2采用平凸透镜OLB10-040；格兰泰勒棱镜3采用GCL-070213；消偏分光棱镜4采用GCC403051；偏振分光棱镜5采用GCC-402052；光电探测器6、7采用GT101光电二极管，光敏面尺寸Φ0.2mm。
本装置搭建过程为：
第一步：在光学平台上，将所有的器件的中心都调整到位于同一高度的平面上；
第二步：将激光器1的发光面调整到光束整形透镜2的焦点处，固定激光器1和光束整形透镜2，并使发射的激光完全通过光束整形透镜2；
第三步：依次将格兰泰勒棱镜3、消偏分光棱镜4和偏振分光棱镜5固定好；
第四步：将两个光电探测器6和7分别置于偏振分光棱镜的透射方向和反射方向；
第五步：试验表明，被测样品8由垂直入射方向按逆时针旋转，则光电探测器收到的回波信号的幅值由大变小。
由此证明本发明的一种快速脉冲激光偏振度测量装置，可以实现对被测样品后向散射光束中水平偏振P光和垂直偏振S光的分离，同时完成光束中水平偏振P光电压值VP和垂直偏振S光电压值VS的测量，并利用（VP—VS）/（VP+VS）计算得出被测样品8后向散射的偏振度。

Claims (1)

1.一种快速脉冲激光偏振度测量装置，其特征在于：该装置包括激光器（1）、光束整形透镜（2）、格兰泰勒棱镜（3）、消偏分光棱镜（4）、偏振分光棱镜（5）、光电探测器A（6）和光电探测器B（7）；激光器（1）、光束整形透镜（2）、格兰泰勒棱镜（3）和消偏分光棱镜（4）顺次排列且位于同一主光轴上；偏振分光棱镜（5）位于消偏分光棱镜（4）的一侧，且与主光轴垂直；光电探测器A（6）和光电探测器B（7）分别在偏振分光棱镜（5）的透射方向和反射方向；激光器（1）的发光面位于光束整形透镜（2）的焦点上，以确保经光束整形透镜（2）后的光束为平行光；被测样品（8）的中心位于主光轴上，且在消偏分光棱镜（4）的后面，被测样品（8）可以沿主光轴转动。
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