CN105874165B - 在多变量光学计算装置中使用偏振器的波长相关的光强调制 - Google Patents

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Abstract

本公开提供多变量光学计算，其使用偏振器来调制与样本相互作用的光的强度。所述偏振器连同其他装置部件产生光谱强度剖面，所述光谱强度剖面模拟对应于感兴趣样本特性的回归矢量。

Description

在多变量光学计算装置中使用偏振器的波长相关的光强调制
技术领域
本公开大体涉及光学传感器，并且更具体地，涉及多变量光学计算系统，其中使用偏振器来调制与样本相互作用的光的强度，从而确定样本特性。
背景技术
近年来，已经开发出用于化学传感应用的光学计算装置，包括但不限于，在石油和天然气工业中呈井下或表面设备上的光学传感器形式的光学计算装置，所述装置用来评估各种储层流体性质。一般来说，光学计算装置是被配置来从样本接收电磁辐射输入并且从处理元件产生电磁辐射输出的装置，其中来自处理元件的电磁辐射的测得累积强度与样本内的一个或多个组分相关。光学计算装置可以是例如集成计算元件(“ICE”)。一种类型的ICE是也称为多变量光学元件(“MOE”)的多层光学薄膜光学干涉装置。
基本上，光学计算装置利用光学元件来执行计算，这与常规电子处理器的硬连线电路相反。当来自光源的光与物质相互作用时，关于物质的独特物理信息和化学信息被编码在从样本反射、通过样本透射或从样本辐射的电磁辐射中。从而，光学计算装置(例如，通过使用ICE和一个或多个检测器)能够提取物质内的一个或多个特性/分析物的信息，并且将所述信息转换成反映样本的总体性质的可检测输出信号。这类特性可包括例如在物质内存在的某些元素、组合物、液相等的存在。
传统ICE包括由各种材料组成的多个光学薄膜层，其复杂的折射率和尺寸(例如，厚度)在每个层之间变化。传统ICE设计是指传统ICE的各层的基片、数量和厚度，以及基片和层的折射率。层可被策略性地沉积和设置尺寸，以便选择性地传递处于不同波长的电磁辐射的预定部分，所述电磁辐射被配置来大致上模拟对应于感兴趣物质的特定感兴趣物理特性或化学特性的回归矢量。因此，传统ICE设计将展示关于波长进行加权的透射函数。因此，从ICE传送到检测器的输出光强可能与物质的感兴趣物理特性或化学特性相关。
当前，通过将ICE回归矢量应用于单个校准数据集(即光谱数据集)来估定ICE设计，以便评估例如但不限于标准校准误差(“SEC”)的性能因数。对描述单个化学系统的光谱数据集执行此过程，所述单个化学系统包含一个或多个组分：其目标特性以及剩余组分(包括光谱干扰物)，通常被称为矩阵。化学系统的子集可用于为验证目的计算性能因数(例如，标准预测误差)；并且表示与校准设置相同的化学系统。例示性ICE可被构造成沉积到光学基片上的高折射率材料和低折射率材料的一系列交替层，这些层具有相关联的厚度。这种装置具有通过估定性能因数(例如，SEC)以及使用最小化函数来设计的光学透射函数(T)，以便调整层厚度来设计具有因此尽可能预测性的最佳性能因数(例如，低SEC)的ICE。因此，多层薄膜ICE的设计和制造可以是非常耗时的和昂贵的。
因此，在本领域中存在对于多变量光学计算的更具成本效益的方法的需要。
附图说明
图1示出根据本公开的某些例示性实施方案的井系统，其中部署有用于样本特性检测的光学计算装置；
图2为根据本公开的某些例示性实施方案的利用两个偏振器的光学计算装置的方框图；
图3示出根据本公开的某些例示性实施方案的采用可调谐激光器和偏振器的又一个光学计算装置的方框图；以及
图4示出根据本公开的某些例示性实施方案的采用偏振器阵列的又一个光学计算装置的方框图。
具体实施方式
本公开的例示性实施方案和相关方法在以下描述成它们可在光学计算装置中采用，其中与传统ICE相反，使用偏振器来调制与样本相互作用的光的强度，从而确定一个或多个样本特性。为了清晰，本说明书中未描述实际实现方式或方法的所有特征。当然，应了解，在任何这种实际实施方案的开发中，必须做出大量实现方式特定的决策来实现开发人员的特定目标，如符合系统相关约束和业务相关约束，所述目标在不同实现方式间将有所不同。此外，应了解，这种开发努力可能是复杂的且耗时的，但是仍将是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规任务。本公开的各种实施方案和相关方法的其它方面和优势将从考虑以下描述和附图变得显而易见。
本公开的例示性实施方案和相关方法涉及强度相关的光学计算装置和方法，其用于使用偏振器来执行多变量光学计算。在本文中提出的实施方案通过用一个或多个偏振器替换多层薄膜装置(例如，ICE)来提供传统光学计算的替代性方法，以便产生模拟回归矢量的光谱强度剖面，所述回归矢量加权对应于感兴趣样本特性的正交分量。在操作期间，通过一个或多个偏振器来处理具有给定光强和波长的与样本相互作用的光，所述偏振器调制与样本相互作用的光的强度，从而产生偏振光。选择强度调制水平来模拟对应于样本中存在的特定感兴趣物理特性或化学特性的回归矢量。可通过操纵偏振器的角度定向来改变强度调制水平并且从而改变回归矢量，以便允许检测多个样本特性。最终，由检测器接收偏振光，所述检测器产生由处理器利用以便确定样本特性的输出信号。
如本文所用，术语“物质”、“样本”或其变型是指在本文所述的光学计算装置的帮助下将要测试或另外将要评估的感兴趣物质或材料的至少一部分。物质可以是能够流动的任何流体，包括微粒固体、液体、气体(例如，空气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、甲烷、乙烷、丁烷和其他烃气体、硫化氢以及其组合)、泥浆、乳剂、粉末(例如，水泥、混凝土)、钻井液(即“泥”)、玻璃、混合物、其组合。物质可包括但不限于水性流体(例如，水、卤水等)、非水性流体(例如，有机化合物、烃类、油、油的精炼组分、石化产品等)、酸、表面活性剂、杀虫剂、漂白剂、腐蚀抑制剂、起泡剂和发泡剂、断路器、清除器、稳压器、澄清器、清洁剂、处理流体、压裂流体、形成流体，或在石油和天然气工业中常见的任何油田流体、化学品或物质。物质也可以是指固体材料，如但不限于，岩层、混凝土、固体井筒表面、管道或流动线路，以及任何井筒工具或抛射体(例如，球、飞镖、塞等)的固体表面。
如本文所用，术语“特性”或“感兴趣特性”是指物质或物质样本的化学性质、机械性质或物理性质。物质的特性可包括在其中存在的一种或多种化学成分或化合物的定量或定性值或与其相关联的任何物理性质。这类化学成分和化合物在本文中可被称为“分析物”。物质的可在本文所述的光学处理元件帮助下进行分析的例示性特性可包括例如：化学组成(例如，总组分或单独组分的身份和浓度)、样本内的组合物的比率、相存在(例如，天然气、石油、水等)、杂质含量、pH值、碱度、黏度、密度、离子强度、总溶解固体、盐含量(例如，盐度)、多孔性、不透明度、细菌含量、总硬度、透射率、物质状态(固体、液体、气体、乳剂、其混合物等)等。
如本文所用，术语“电磁辐射”是指无线电波、微波辐射、太赫兹、红外和近红外辐射、可见光、荧光、紫外光、X射线辐射和伽马射线辐射。
如本文所用，短语“光学相互作用”或其变型是指电磁辐射在光学处理元件(例如，ICE)或利用光学计算装置进行分析的物质上、通过其、或从其的反射、透射、散射、衍射或吸收。因此，光学相互作用光是指例如已经使用光学处理元件来反射、透射、散射、衍射或吸收、发射或再辐射的电磁辐射，但也可应用于与物质的光学相互作用。
如本文所用，术语“光学计算装置”是指光学装置，其被配置来接收与物质相关联的电磁辐射输入并且从布置在光学计算装置内或以其他方式与其相关联的光学处理元件产生电磁辐射输出。光学处理元件可以是例如ICE。改变与光学处理元件光学相互作用的电磁辐射以便可由检测器读取，以使得检测器输出可与被分析的物质的特定特性相关。来自光学处理元件的电磁辐射输出可以是反射、透射和/或分散的电磁辐射。检测器分析的是反射的、透射的还是分散的电磁辐射可由光学计算装置的结构参数以及本领域技术人员已知的其他考虑因素决定。
如本文所用，术语“调制”和其变型是指一个光强到另一个光强的改变。
尽管可能在各种环境中利用本文所述的光学计算装置，但是以下描述将聚焦在钻井应用(例如，井下储层询问系统)。图1示出根据本公开的某些例示性实施方案的沿工作管柱21定位的多个光学计算装置22，所述工作管柱21沿钻井系统10延伸。工作管柱21可以是例如，钢丝缆绳总成、随钻测井总成、随钻测量总成、生产管柱或其他钻探总成。井系统10包括向下延伸到烃储层14中的垂直井筒12(尽管未示出，但是井筒12还可包括一个或多个横向区段)。井筒设备20定位在垂直井筒12的顶部上，如本领域中理解的。井筒设备可以是例如防喷器、井架、浮式平台等。如本领域中理解的，在垂直井筒12形成之后，使管件16(例如，壳体)在其中延伸以便完成井筒12。
一个或多个光学计算装置22可沿井筒12定位在任何期望位置处。在某些实施方案中，光学计算装置22沿着井下工具18的内表面或外表面定位(如图1所示)，所述井下工具18可以是例如干预设备、勘测设备或完井设备，其包括除以下所提及的壳体或管线管件/接头之外的阀、封隔器、屏幕、心轴、量规心轴。然而，可选地，光学计算装置22可以永久性地或可移除地附接到管件16，并且分布在整个井筒12的任何区域中，在所述区域中需要进行样本特性检测/监测。光学计算装置22可联接到远程电源(例如，位于沿井筒在井下定位的表面或发电机上)，而在其他实施方案中，每个光学计算装置22包括机载电池。此外，光学计算装置22经由通信链路26(例如像钢丝缆绳或其他合适的通信链路)可通信地联接到CPU站24。得益于本公开的本领域一般技术人员将容易理解，可以根据需要操纵光学计算装置22的数量和位置。
光学计算装置22包括ICE，所述ICE与感兴趣的样本(例如，井筒流体、井下工具部件、管件)光学相互作用来确定样本特性。更具体地，本公开的实施方案中所利用的ICE是一个或多个偏振器。例示性特性包括特定无机气体(例如像CO2和H2S、烃气体)和液体(如甲烷(C1)、乙烷(C2)、丙烷(C3)、丁烷(C4)和戊烷(C5)、盐水、溶解离子(例如，Ba、Cl、Na、Fe或Sr))的存在和数量，或各种其他特性(pH值、密度和比重、黏度、总溶解固体、砂含量、气油比(GOR)、相等等)。在某些实施方案中，单个光学计算装置22可检测单个特性，而在其他实施方案中，单个光学计算装置22可确定多个特性，如得益于本公开的本领域一般技术人员将容易理解的。
CPU站24包括信号处理器(未示出)、通信模块(未示出)和实现本公开的目标所必需的其他电路，如得益于本公开的本领域一般技术人员将容易理解的。此外，还将认识到，进行本公开的目标所必需的软件指令可存储在位于CPU站24中的存储体内，或经由有线或无线方法从CD-ROM或其他适当存储介质加载到存储体中。通信链路26提供CPU站24与光学计算装置22之间的通信介质。通信链路26可以是有线链路，例如像向下延伸到垂直井筒12中的钢丝缆绳或光纤电缆。然而，可选地，通信链路26可以是无线链路，例如像合适频率的电磁装置，或包括声音通信和类似装置的其他方法。
在某些例示性实施方案中，CPU站24经由其信号处理器来控制每个光学计算装置22的操作。除传感操作之外，CPU站24也可控制光学计算装置22的激活和取消激活。光学计算装置22各自包括允许实时通过通信链路26进行双向通信的发射器和接收器(例如，收发器)(未示出)。在某些例示性实施方案中，光学计算装置22将把样本特性数据的全部或一部分传输到CPU站24以便进一步分析。然而，在其他实施方案中，这种分析完全由每个光学计算装置22处理，并且所得数据随后被传输到CPU站24以便存储或后续分析。在任一实施方案中，处理计算的处理器分析特性数据，并且通过利用状态方程式(“EOS”)或其他光学分析技术导出由所传输数据指示的特性，如得益于本公开的本领域一般技术人员将容易理解的。
图2为根据本公开的某些例示性实施方案的利用两个偏振器的光学计算装置200的方框图。电磁辐射源208可被配置来发射或以其他方式产生电磁辐射210。如本领域中理解的，电磁辐射源208可以是能够发射或产生电磁辐射的任何装置，所述电磁辐射具有在特定波长范围上的源光谱。在一些实现方式中，源光谱可在整个或大部分特定波长范围上具有非零强度。在一些实现方式中，源光谱延伸通过UV可见(0.2-0.8μm)和近IR(0.8-2.5μm)光谱范围。可选地或附加地，源光谱延伸通过IR(2.5-100μm)光谱范围。在一些实现方式中，光源208是可调谐的并且被配置成与时间分辨信号检测和处理相结合。例如，电磁辐射源208可以是灯泡、发光装置、激光器、黑体、光子晶体或X射线源等。
如图2所示，电磁辐射210指向波长扫描器213，以便产生电磁辐射210的具有最大强度的单个期望波长λ。波长扫描器213可以是例如单色仪或光栅。然后，电磁辐射210与样本206(例如，流动通过井筒12的井筒流体)光学相互作用，从而产生与样本相互作用的光212。在用电磁辐射210照射之后，包含感兴趣分析物(例如，样本特性)的样本206产生电磁辐射输出(与样本相互作用的光212)，所述电磁辐射输出包含对应于样本特性的光谱信息。样本206可以是任何流体(液体或气体)、固体物质或材料，例如像井下流体、岩层、泥浆、砂、泥、钻屑、混凝土、其他固体表面等。然而，在这个特定实施方案中，样本206是由各种流体特性(例如，C1-C4和高级烃类、这类元素的分组，以及盐水)组成的多相井筒流体(例如，包括油、天然气、水、固体)。
样本206可通过流动管或样品室(例如，包含样本206)提供到光学计算装置200，由此将样本206引入到电磁辐射210。可选地，光学计算装置200可利用由内反射元件组成的光学配置，所述内反射元件从而在井筒流体流动时分析井筒流体。尽管图2将电磁辐射210示出为穿过样本206或入射在样本206上以便产生与样本相互作用的光212(即透射或荧光模式)，但是本文中还设想从样本206反射电磁辐射210(即反射模式)，如在样本206是半透明、不透明或固体的情况下，并且同样产生与样本相互作用的光212。
与样本相互作用的光212随后与第一偏振器205光学相互作用。如得益于本公开的本领域一般技术人员将理解的，偏振器是取决于其偏振状态仅透射某个量的光而在其他偏振下阻挡光的光学元件。实例可包括一个或多个偏振器，例如像吸收偏振器、分束偏振器、圆形偏振器或光弹性调制器。因此，一旦与第一偏振器205相互作用，与样本相互作用的光212就受到偏振，从而产生第一偏振光211。在这里，第一偏振器205仅允许优选电场定向通过其透射，从而限定给定的定向(P、S或某个中间P&S)和相。因此，第一偏光器205限定与样本相互作用的光212的偏振状态(即第一偏振状态)。如以下将讨论的，第一偏振器205经由双向链路A联接到CPU站24(或机载处理器)，由此CPU站24将信号发送到第一偏振器205，从而通过操纵偏振器205的角度定向来限定第一偏振状态。
随后将第一偏振光211传送到第二偏振器215，所述第一偏振光211在第二偏振器215处光学相互作用以便产生第二偏振光217。如同第一偏振器205一样，第二偏振器215取决于其偏振设置(即角度定向)仅允许限定量的光透射通过。在这里，第二偏振器215限定第一偏振光211的第二偏振状态以便产生第二偏振光217，或所述第二偏振光217表示在第一偏振光211与第二偏振光217之间的偏振改变。此偏振改变也导致光强改变，从而导致对与样本相互作用的光212的光强的调制。在第一偏振器205与第二偏振器215之间的偏振改变(或更具体地，角度改变)被选择以使得其组合波长相关的光谱强度剖面匹配回归矢量，所述回归矢量加权与样本相互作用的光212的至少一个正交分量，从而产生确定感兴趣样本特性所需要的强度剖面。然而，可选地，在某些实例中，第一偏振器205可足以提供期望强度，并且从而第二偏振器215将维持相同的偏振/强度。因此，在某些实施方案中，第二偏振光217可表示在第一偏振光211与第二偏振光217之间的偏振改变，而在其他实施方案中，第二偏振光217具有与第一偏振光211相同的偏振(且因此强度)。
然而，第二偏振光217随后指向检测器216以便分析和量化。在这里，检测器216将第二偏振光217的强度转换成由CPU站24用来确定感兴趣样本特性的电子信号228，如得益于本公开的本领域一般技术人员将理解的。
检测器216可以是能够检测电磁辐射的任何装置，并且可以大体表征为光学换能器。例如，检测器216可以是但不限于：热检测器(如热电堆或光声检测器)、半导体检测器、压电检测器、电荷耦合装置检测器、视频或阵列检测器、分离检测器、光子检测器(如光电倍增管)、光电二极管和/或其组合等，或本领域一般技术人员已知的其他检测器。检测器216被进一步配置来产生呈电压或电流形式的输出信号228，所述输出信号228对应于第二偏振光217的波长相关强度。在至少一个实施方案中，由CPU 24存储并且处理由检测器216产生的波长相关输出信号228。从而，处理后的信号涉及样本206的特性浓度并且可以是成正比例的。在其他实施方案中，关系可以是多项式函数、指数函数和/或对数函数。
在某些例示性实施方案中，可以操纵第一偏振器205和第二偏振器215的角度定向，从而改变强度调制水平，从而允许检测多个样本特性。为实现这个操纵，可以将第一偏振器205和第二偏振器215可操作地联接到执行装置(未示出)以便根据需要使偏振器旋转。如图2所示，CPU站24经由链路A和B联接到偏振器205、215(以及其执行装置)，从而接收反映第一偏振状态和第二偏振状态的数据并且允许CPU站24控制第一偏振器205和第二偏振器215的角度定向，并且因此控制检测的感兴趣样本特性。此外，CPU站24还经由链路C可操作地联接到波长扫描器213，从而控制电磁辐射210的波长。例如，电磁辐射210的波长和强度可由CPU站24选择并且经由链路C加以控制，由此可相应地调整偏振器205、215的角度定向以便跨越感兴趣的波长光谱。在这样做时，CPU站24控制在第一偏振器205与第二偏振器215之间的角度，从而根据需要针对给定波长来调制光强。因此，通过链路A、B、C，CPU站24可将光学计算装置200系统性地调谐到期望的波长和偏振器角度，以使得第二偏振光217的强度模拟期望的回归矢量。因此，输出信号228将随光的波长以及第一偏振器205和第二偏振器215的角度而变。CPU站24随后分析输出信号228的波长相关强度以便确定感兴趣特性。
现在将描述由CPU站24用来确定样本特性的例示性计算的更详细描述。如先前描述的，本公开的例示性实施方案利用一个或多个偏振器和波长扫描器来模拟期望的回归矢量。尽管在图2中示出为在样本206之后具有第一偏振器205和第二偏振器215，但是替代性实施方案可将第一偏振器205和第二偏振器215放置在样本206之前，如得益于本公开的本领域一般技术人员将理解的。然而，通过偏振器透射的光的量将取决于偏振器角度θ，即，在入射光束的偏振状态与偏振器轴线之间的角度。因此，光强I可表示为：
I＝I0Cos2θ 等式(1)。
如果例如入射光束是非偏振的，那么由于Cos2θ的平均值是1/2，透射强度将等于入射光的1/2；因此，在本公开的一个例示性实施方案中利用两个偏振器的使用。
通过链路A、B，如上所述，可改变第一偏振器205和第二偏振器215的角度定向，以使得根据需要来调制光强。波长扫描器213和第一偏振器205/第二偏振器215经由链路A、B、C可通信地联接到CPU站24(并且相互联接)，以使得CPU站24可分别系统性地调谐到期望的波长和偏振器角度。因此，偏振器205、215的组合光谱强度剖面匹配期望的回归矢量，所述回归矢量针对给定波长来加权对应于感兴趣样本特性的正交分量。
通过适当地选择第一偏振器205和第二偏振器215的角度定向，光学计算装置200可被配置来选择性地传递/反射/折射处于不同波长的电磁辐射的预定部分。每个波长被给定预定的加权或加载因数。可使用各种近似法从感兴趣特性或分析物的光谱来确定偏振器的角度定向且因此光谱强度剖面。这些方法可包括光学透射光谱的傅立叶逆变换(“IFT”)，以及将偏振器角度差配置为IFT的物理表示。
偏振器在每个波长处应用的加权可被设置成关于已知的等式、数据或光谱特性所描述的回归加权。当电磁辐射与物质相互作用时，关于物质的独特物理信息和化学信息可被编码在从物质反射、通过物质透射或从物质辐射的电磁辐射中。这个信息通常被称为物质的光谱“指纹”。偏振器可被配置来执行所接收的电磁辐射与偏振器的组合波长相关透射函数的点乘积。偏振器的组合波长相关透射函数(即光谱强度剖面)取决于偏振器的波长相关角度定向。组合光谱强度剖面于是类似于从以被分析物质的特定组分为目标的多变量分析问题解决方案导出的期望回归矢量。因此，第二偏振光217的波长相关强度与样本206的感兴趣特性或分析物相关(例如，成正比例)。
参考以上的等式1，为进一步说明在本公开中应用的理论，认为偏振器是仅允许透射给定偏振状态的光而抑制所有其他偏振状态的光的过滤器。如果非偏振光(具有所有偏振的随机分布的光)作为具有1mW强度的电磁辐射210被供应，并且作为与样本相互作用的光212通过固定到P偏振的第一偏振器205被传送，那么它将仅允许P偏振光作为第一偏振光211被透射，而抑制所有的S和S/P组合；从而导致在第一偏振器205之后的0.5mW强度。如果第二偏振器215的角度定向也固定到P偏振状态，那么所有的第一偏振光211将被透射，因为它已经从第一偏振器205受到P偏振。然而，如果第二偏振器215固定到S偏振，那么没有光将作为第二偏振光217透射通过，因为第一偏振器205已经抑制所有的S偏振光。考虑到这点，在本文所述的例示性实施方案中，通过调整两个偏振器之间的角度来一般化前述实施例，以便得到给定波长所需的期望光强。
第一偏振器205和/或第二偏振器215的角度定向可能以各种方式改变。通过第一偏振器205或第二偏振器215透射的光的量将取决于角度，即，相对于来自入射光的电场矢量的定向。在某些实施方案中，第一偏振器205的方位角是固定的，而在其他实施方案中，第一偏振器205的方位角可以是旋转的。在这类实施方案中，第一偏振器205和第二偏振器215可能可操作地联接到执行装置(未示出)，所述执行装置使偏振器旋转到期望角度。除其中将线性运动转换成旋转运动的线性执行器之外，还可利用机械旋转马达或电旋转马达作为执行装置。
旋转角度可导致例如：纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光。可选地，执行装置可连续旋转，其中在一个完整的旋转过程内不产生一个限定的偏振状态，而是产生所有偏振状态；例如，从纯P开始，然后是中间的P和S，并且然后是纯S偏振光。在其他实施例中，第一偏振器205可能可操作地联接到执行装置，而第二偏振器215是静止的。在其他实施例中，第一偏振器205可以是固定的，而第二偏振器215联接到执行装置并且因此旋转。如先前所提及的，可将第一偏振器205和第二偏振器215的角度定向连同被分析的波长经由链路A、B、C传达到CPU站24，从而确定感兴趣样本特性。
图3示出根据本公开的某些例示性实施方案的采用可调谐激光器和偏振器的又一个光学计算装置300的方框图。光学计算装置300一定程度上类似于参考图2所描述的光学计算装置200，并且因此可参考所述光学计算装置200得到最好地理解，其中相似的数字指示相似的元件。与光学计算装置200形成对照，装置300包括可调谐激光器308和单个偏振器305，从而产生偏振光311。可调谐激光器308发射具有限定的强度、波长和偏振(即第一偏振状态)的电磁辐射310。因此，可调谐激光器308用来替换图2的源208、波长扫描器213和第一偏振器205。具有期望角度定向的偏振器305被定位来与电磁辐射310光学相互作用，以便产生具有第二偏振状态的偏振光311，所述第二偏振状态不同于电磁辐射310的第一偏振状态。偏振光311随后与样本206光学相互作用以便产生与样本相互作用的光212。随后将与样本相互作用的光212传送到检测器216，由此产生输出信号228，其光强对应于期望样本特性。
在图3的实施例中，可调谐激光器308和偏振器305的组合光谱强度剖面模拟回归矢量，所述回归矢量加权与样本相互作用的光212的的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于感兴趣样本特性。可调谐激光器308和偏振器305分别经由链路B、A联接到CPU站24，从而允许系统性调谐到模拟回归矢量所必需的期望波长和角度定向。如先前描述的，可以改变偏振器305的角度定向来影响在第一偏振状态与第二偏振状态之间的强度调制，从而产生被检测并且用来确定感兴趣样本特性的第二偏振状态。
对于图2和图3中所述的实施方案，存在至少两种可实现所述过程来检测多个分析物/特性的例示性方式。在第一方法中，过程对于单个特性是相同的，其中针对给定偏振角度来调谐波长(如所描述的，经由链路A、B、C)。随后，一旦已经测量所述特性(即，在感兴趣光谱上完成的调谐)，方法包括返回以及针对下一个感兴趣特性来扫描波长/偏振。在第二方法中，波长可以是固定的并且随后可针对不同的感兴趣特性来扫描不同的偏振角度。这些强度中的每一个将“存储/放入”在CPU 24的存储器中。然后，CPU 24经由链路A、B、C将移动到下一个波长并且再次扫描偏振器，等等。最后，每个特性的强度将在检测器中针对每个“存储/放入”的特性进行累积。
图4示出根据本公开的某些例示性实施方案的采用偏振器阵列的又一个光学计算装置400的方框图。光学计算装置400一定程度上类似于参考图2和图3所描述的光学计算装置200和300，并且因此可参考光学计算装置200和300得到最好地理解，其中相似的数字指示相似的元件。与光学计算装置200和300形成对照，装置400包括波长分散元件402、第一偏振器阵列405和第二偏振器阵列415，从而消除对于以上所述的先前实施方案的波长扫描器的需要。波长分散元件402可以是例如光栅或棱镜。
在操作期间，电磁辐射源208产生宽频带电磁辐射210，所述电磁辐射210与样本206光学相互作用以便产生与样本相互作用的光212。与样本相互作用的光212与波长分散元件402光学相互作用，以便产生横跨第一偏振器阵列405的分散的与样本相互作用的光212D的宽频带波长光谱。与样本相互作用的光212D与第一偏振器阵列405光学相互作用，以便产生分散的第一偏振光411D，所述分散的第一偏振光411D(如先前所描述)具有第一偏振状态。第二偏振器阵列415被定位来与分散的第一偏振光411D光学相互作用，以便产生分散的第二偏振光417D，所述分散的第二偏振光417D如先前所描述具有第二偏振状态。在这里，如先前描述的，第一偏振器阵列405和第二偏振器阵列415用来调制与样本相互作用的光212D的强度。然而，在第一偏振器阵列405中的每一个偏振器具有在第二偏振器阵列415中的对应偏振器，从而形成多个对。第二偏振器阵列415包括多个偏振器，所述多个偏振器被设置成针对每个不同波长λi的限定偏振，从而跨越与样本相互作用的光212D的整个光谱。分散的第二偏振光417D与透镜413光学相互作用，以便将光聚焦回到检测器216，在所述检测器216处集成处于所有不同波长的聚焦的第二偏振光417F的强度。检测器216随后输出最终由CPU 24(例如，信号处理器)用来实时确定样本206的一个或多个特性的信号。
在某些实施方案中，每对偏振器包括不同的角度定向。例如，在第一偏振器阵列405中的每个偏振器可具有固定的偏振(不同或相同的偏振)，而在第二偏振阵列415中的每个偏振器可被设置成针对每个不同波长的给定偏振。此外，第一阵列405和第二阵列415的波长光谱和角度定向可由CPU 24根据需要经由链路A、B、C来操纵。因此，光学计算装置400可检测多个特性。
得益于本公开的本领域一般技术人员认识到前述光学计算装置本质上是例示性的，并且存在可利用的各种其他光学配置。这些光学配置不仅包括本文所述的反射、吸收或透射方法，还可包括散射(例如，Raleigh&Raman)以及发射(例如，荧光、X射线激发等)。此外，光学计算装置可包括并行处理配置，由此将与样本相互作用的光分离成多个光束。多个光束随后可同时通过对应的偏振器，由此同时检测多个感兴趣特性。并行处理配置在需要极低功率或没有移动部分的那些应用中是特别有用的。此外，本文所述的实施方案的一个或多个特征可根据需要进行组合。得益于本公开的本领域一般技术人员将认识到具体光学配置的选择主要取决于具体应用和感兴趣特性。
除井下应用或完井应用之外，本文所述的光学计算装置可在各种其他环境中利用。这类环境可包括例如：与地表和海底监测相关联的环境一样多变的环境、卫星或无人机监视、管线监测，或甚至经过体腔(如消化道)的传感器。在那些环境内，可利用光学计算装置来实时检测样本特性。
因此，本公开的环境和相关技术提供许多优点。首先，例如，本文所公开的实施方案消除对于设计和制造多层薄膜ICE的需要。其次，本文所述的实施方案允许使用单个系统来分析多个感兴趣特性，而不是具有多个薄膜ICE。
本文所描述的实施方案还涉及以下段落中的一个或多个：
1.一种用于确定样本的特性的光学计算装置，所述光学计算装置包括：电磁辐射，其与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；第一偏振器，其被定位来与所述与样本相互作用的光光学相互作用以便产生第一偏振光；第二偏振器，其被定位来与所述第一偏振光光学相互作用以便产生第二偏振光；以及检测器，其被定位来测量所述第二偏振光并且从而产生用来确定所述样本的特性的信号。
2.如段落1所述的光学计算装置，其中所述第一偏振器和第二偏振器的组合光谱强度剖面加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的所述特性。
3.如段落1或2所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括：宽频带光源，其产生所述电磁辐射；以及波长扫描器，其被定位来与所述电磁辐射光学相互作用，从而产生所述电磁辐射的期望波长。
4.如段落1至3中任一段所述的光学计算装置，其中所述第一偏振器和第二偏振器包括执行装置，从而操纵所述第一偏振器或第二偏振器的角度定向；并且所述波长扫描器与所述第一偏振器和第二偏振器可通信地联接在一起，以便实现系统性调谐到期望的波长和角度定向，从而模拟回归矢量。
5.如段落1至4中任一段所述的光学计算装置，其中所述第一偏振器和第二偏振器具有不同的角度定向。
6.如段落1至5中任一段所述的光学计算装置，其中所述第一偏振器的角度定向限定所述与样本相互作用的光的第一偏振状态；并且所述第二偏振器的角度定向限定所述第一偏振光的第二偏振状态，所述第二偏振状态表示在所述第一偏振状态与第二偏振状态之间的强度调制，其中所述强度调制用来确定所述样本的特性。
7.如段落1至6中任一段所述的光学计算装置，其中所述第一偏振状态和第二偏振状态是纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的任何一个。
8.如段落1至7中任一段所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括执行装置，所述执行装置可操作地联接到所述第一偏振器或所述第二偏振器中的至少一个，从而操纵所述第一偏振器或第二偏振器的角度定向。
9.如段落1至8中任一段所述的光学计算装置，其中：所述第一偏振器可操作地联接到所述执行装置；并且所述第二偏振器是静止的。
10.如段落1至9中任一段所述的光学计算装置，其中所述第一偏振器是固定的；并且所述第二偏振器可操作地联接到所述执行装置。
11.如段落1至10中任一段所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括波长分散元件，其被定位来与所述与样本相互作用的光光学相互作用，从而产生分散的与样本相互作用的光，其中所述第一偏振器是第一偏振器阵列，其被定位来与所述分散的与样本相互作用的光光学相互作用，从而产生分散的第一偏振光；并且所述第二偏振器是第二偏振器阵列，其被定位来与所述分散的第一偏振光光学相互作用，从而产生分散的第二偏振光，在所述第二偏振器阵列中的每个偏振器具有在所述第一偏振器阵列中的对应偏振器，从而形成一对。
12.如段落1至11中任一段所述的光学计算装置，其中每对包括不同的角度定向。
13.如段落1至12中任一段所述的光学计算装置，其中：在所述第一偏振器阵列中的每个偏振器具有相同的偏振；并且在所述第二偏振器阵列中的偏振器具有不同的偏振，所述不同的偏振跨越所述与样本相互作用的光的波长光谱，从而调制所述分散的第一偏振光的强度。
14.如段落1至13中任一段所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括透镜，其被定位来与所述分散的第二偏振光光学相互作用，从而将所述分散的第二偏振光聚焦到所述检测器。
15.如段落1至14中任一段所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括信号处理器，其可通信地联接到所述检测器以便可计算地实时确定所述样本的特性。
16.如段落1至15中任一段所述的光学计算装置，其中所述光学计算装置包括井下储层询问系统的一部分。
17.一种用于确定样本的特性的光学计算方法，所述方法包括：使电磁辐射与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；使所述与样本相互作用的光与第一偏振器光学相互作用以便产生第一偏振光；使所述第一偏振光与第二偏振器光学相互作用以便产生第二偏振光；通过利用检测器来产生对应于所述第二偏振光的信号；以及使用所述信号来确定所述样本的特性。
18.如段落17所述的光学计算方法，其中产生所述第二偏振光包括使用所述第一偏振器和第二偏振器的组合光谱强度剖面来加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的特性。
19.如段落17或18所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括使所述电磁辐射与波长扫描器光学相互作用，从而产生所述电磁辐射的期望波长，其中所述电磁辐射的期望波长与所述样本光学相互作用以便产生所述与样本相互作用的光。
20.如段落17至19中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括调谐到所述期望的波长和偏振器角度定向，从而加权所述与样本相互作用的光的所述至少一个正交分量。
21.如段落17至20中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括将所述第一偏振器和第二偏振器以不同的角度定向相对彼此定向。
22.如段落17至21中任一段所述的光学计算方法，其中：使所述与光学相互作用光与所述第一偏振器光学相互作用包括限定所述与样本相互作用的光的第一偏振状态；并且使所述第一偏振光与所述第二偏振器光学相互作用包括限定所述第一偏振光的第二偏振状态，所述第二偏振状态表示在所述第一偏振状态与第二偏振状态之间的强度调制，其中所述强度调制用来确定所述样本的特性。
23.如段落17至22中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法包括动态操纵所述第一偏振器或第二偏振器的角度定向。
24.如段落17至23中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括：将所述第一偏振器或第二偏振器中的至少一个旋转到角度定向；以及产生纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的至少一个。
25.如段落17至24中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括调整所述第二偏振器的角度定向，从而调制所述第一偏振光的强度。
26.如段落17至25中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括使所述与样本相互作用的光与波长分散元件光学相互作用，从而产生分散的与样本相互作用的光，其中使所述与样本相互作用的光与所述第一偏振器光学相互作用包括使所述分散的与样本相互作用的光与第一偏振器阵列光学相互作用，所述第一偏振器阵列被定位来产生分散的第一偏振光；并且使所述第一偏振光与所述第二偏振器光学相互作用包括使所述分散的第一偏振光与第二偏振器阵列光学相互作用，从而产生分散的第二偏振光，在所述第二偏振器阵列中的每个偏振器具有在所述第一偏振器阵列中的对应偏振器，从而形成一对。
27.如段落17至26中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括调整所述对的角度定向，以使得在期望波长下实现所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量的加权。
28.如段落17至27中任一段所述的光学计算方法，其中：使所述分散的与样本相互作用的光与所述第一偏振器阵列光学相互作用产生分散的第一偏振光，所述分散的第一偏振光具有相同的偏振状态；并且使所述分散的第一偏振光与所述第二偏振器阵列光学相互作用产生分散的第二偏振光，所述分散的第二偏振光具有不同的偏振状态，所述不同的偏振状态跨越所述与样本相互作用的光的波长光谱，从而调制所述分散的第一偏振光的强度。
29.如段落17至28中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括使所述分散的第二偏振光与透镜光学相互作用，从而将所述分散的第二偏振光聚焦到所述检测器。
30.如段落17至29中任一段所述的光学计算方法，其中在井下环境中执行所述方法。
31.一种用于确定样本的特性的光学计算装置，所述光学计算装置包括：电磁辐射，其具有第一偏振状态；偏振器，其被定位来与所述电磁辐射光学相互作用，从而产生具有第二偏振状态的偏振光，所述偏振状态与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；以及检测器，其被定位来测量所述与样本相互作用的光并且从而产生用来确定所述样本的特性的信号。
32.如段落31所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括产生所述电磁辐射的可调谐激光器，其中所述电磁辐射还包括期望的强度和波长。
33.如段落32或33所述的光学计算装置，其中所述可调谐激光器和所述偏振器的组合光谱强度剖面加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的特性。
34.如段落31至33中任一段所述的光学计算装置，其中所述偏振器包括执行装置以便操纵所述偏振器的角度定向；并且所述可调谐激光器与所述偏振器可通信地联接在一起，以便实现系统性调谐到所述期望的波长和角度定向来加权所述与样本相互作用的光的所述至少一个正交分量。
35.如段落31至34中任一段所述的光学计算装置，其中所述偏振器的角度定向限定所述偏振光的第二偏振状态；所述第二偏振状态表示在所述第一偏振状态与第二偏振状态之间的强度调制，其中所述强度调制用来确定所述样本的特性。
36.如段落31至35中任一段所述的光学计算装置，其中所述第一偏振状态和第二偏振状态是纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的任何一个。
37.如段落31至36中任一段所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括信号处理器，其可通信地联接到所述检测器以便可计算地实时确定所述样本的特性。
38.如段落31至37中任一段所述的光学计算装置，其中所述光学计算装置包括井下储层询问系统的一部分。
39.一种用于确定样本的特性的光学计算方法，所述方法包括：使电磁辐射与偏振器光学相互作用以便产生偏振光，所述电磁辐射具有第一偏振状态并且所述偏振光具有第二偏振状态；使所述偏振光与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；通过利用检测器来产生对应于所述与样本相互作用的光的信号；以及使用所述信号来确定所述样本的特性。
40.如段落39所述的光学计算方法，其中产生所述偏振光包括使用所述可调谐激光器和偏振器的组合光谱强度剖面来加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的特性。
41.如段落39或40所述的光学计算方法，其中加权所述与样本相互作用的光的所述至少一个正交分量包括选择所述电磁辐射的波长和强度；以及基于所述选择的波长和强度来操纵所述偏振器的角度定向。
42.如段落39至41中任一段所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括操纵所述偏振器的角度定向；以及产生纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的至少一个。
43.如段落39至42中任一段所述的光学计算方法，其中在井下环境中执行所述方法。
44.一种用于确定样本的特性的光学计算方法，所述方法包括：使电磁辐射与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；使用至少一个偏振器来调制所述与样本相互作用的光的强度，从而产生偏振光；通过利用检测器来产生对应于所述偏振光的信号；以及使用所述信号来确定所述样本的特性。
45.如段落44所述的光学计算方法，其中调制所述与样本相互作用的光的强度包括利用两个偏振器来产生所述偏振光。
46.如段落44或45所述的光学计算方法，其中调制所述与样本相互作用的光的强度包括操纵所述至少一个偏振器的角度定向。
尽管已展示和描述各种实施方案和方法，但本公开不限于这类实施方案和方法，且将理解本公开包括如本领域一般技术人员将显而易见的所有修改和变化。因此，应理解，本公开并不意图限于所公开的特定形式。实际上，本发明将涵盖属于如所附权利要求书所限定的本公开的精神和范围内的所有修正、等效物和替代方案。

Claims (46)

1.一种用于确定样本的特性的光学计算装置，所述光学计算装置包括：
电磁辐射，其与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；
第一偏振器，其被定位来与所述与样本相互作用的光光学相互作用以便产生第一偏振光；
第二偏振器，其被定位来与所述第一偏振光光学相互作用以便产生第二偏振光；
其中，第一偏振器和第二偏振器的组合光谱强度剖面模拟多变量回归矢量，所述多变量回归矢量对应于样本的特性；以及
检测器，其被定位来测量所述第二偏振光并且从而产生用来确定所述样本中存在所述特性的信号。
2.如权利要求1所述的光学计算装置，其中所述第一偏振器和第二偏振器的组合光谱强度剖面加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的所述特性。
3.如权利要求2所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括：
宽频带光源，其产生所述电磁辐射；以及
波长扫描器，其被定位来与所述电磁辐射光学相互作用，从而产生所述电磁辐射的期望波长。
4.如权利要求3所述的光学计算装置，其中：
所述第一偏振器和第二偏振器包括执行装置，从而操纵所述第一偏振器或第二偏振器的角度定向；并且
所述波长扫描器与所述第一偏振器和第二偏振器可通信地联接在一起，以便实现系统性调谐到所述期望的波长和角度定向，从而模拟回归矢量。
5.如权利要求1所述的光学计算装置，其中所述第一偏振器和第二偏振器具有不同的角度定向。
6.如权利要求5所述的光学计算装置，其中：
所述第一偏振器的所述角度定向限定所述与样本相互作用的光的第一偏振状态；并且
所述第二偏振器的所述角度定向限定所述第一偏振光的第二偏振状态，所述第二偏振状态表示在所述第一偏振状态与第二偏振状态之间的强度调制，其中所述强度调制用来确定所述样本的所述特性。
7.如权利要求6所述的光学计算装置，其中所述第一偏振状态和第二偏振状态是纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的任何一个。
8.如权利要求1所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括执行装置，其可操作地联接到所述第一偏振器或所述第二偏振器中的至少一个，从而操纵所述第一偏振器或第二偏振器的角度定向。
9.如权利要求8所述的光学计算装置，其中：
所述第一偏振器可操作地联接到所述执行装置；并且
所述第二偏振器是静止的。
10.如权利要求8所述的光学计算装置，其中：
所述第一偏振器是固定的；并且
所述第二偏振器可操作地联接到所述执行装置。
11.如权利要求1所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括波长分散元件，其被定位来与所述与样本相互作用的光光学相互作用，从而产生分散的与样本相互作用的光，其中：
所述第一偏振器是第一偏振器阵列，其被定位来与所述分散的与样本相互作用的光光学相互作用，从而产生分散的第一偏振光；并且
所述第二偏振器是第二偏振器阵列，其被定位来与所述分散的第一偏振光光学相互作用，从而产生分散的第二偏振光，在所述第二偏振器阵列中的每个偏振器具有在所述第一偏振器阵列中的对应偏振器，从而形成一对。
12.如权利要求11所述的光学计算装置，其中每对包括不同的角度定向。
13.如权利要求11所述的光学计算装置，其中：
在所述第一偏振器阵列中的每个偏振器具有相同的偏振；并且
在所述第二偏振器阵列中的偏振器具有不同的偏振，所述不同的偏振跨越所述与样本相互作用的光的波长光谱，从而调制所述分散的第一偏振光的强度。
14.如权利要求13所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括透镜，其被定位来与所述分散的第二偏振光光学相互作用，从而将所述分散的第二偏振光聚焦到所述检测器。
15.如权利要求1所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括信号处理器，其可通信地联接到所述检测器以便可计算地实时确定所述样本的所述特性。
16.如权利要求1所述的光学计算装置，其中所述光学计算装置包括井下储层询问系统的一部分。
17.一种用于确定样本的特性的光学计算方法，所述方法包括：
使电磁辐射与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；
使所述与样本相互作用的光与第一偏振器光学相互作用以便产生第一偏振光；
使所述第一偏振光与第二偏振器光学相互作用以便产生第二偏振光；
其中，第一偏振器和第二偏振器的组合光谱强度剖面模拟多变量回归矢量，所述多变量回归矢量对应于样本的特性；
通过利用检测器来产生对应于所述第二偏振光的信号；以及
使用所述信号在所述样本中确定存在所述特性。
18.如权利要求17所述的光学计算方法，其中产生所述第二偏振光包括使用所述第一偏振器和第二偏振器的组合光谱强度剖面来加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的所述特性。
19.如权利要求18所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括使所述电磁辐射与波长扫描器光学相互作用，从而产生所述电磁辐射的期望波长，其中所述电磁辐射的所述期望波长与所述样本光学相互作用以便产生所述与样本相互作用的光。
20.如权利要求19所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括调谐到所述期望的波长和偏振器角度定向，从而加权所述与样本相互作用的光的所述至少一个正交分量。
21.如权利要求17所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括将所述第一偏振器和第二偏振器以不同的角度定向相对彼此定向。
22.如权利要求21所述的光学计算方法，其中：
使所述与光学相互作用光与所述第一偏振器光学相互作用包括限定所述与样本相互作用的光的第一偏振状态；并且
使所述第一偏振光与所述第二偏振器光学相互作用包括限定所述第一偏振光的第二偏振状态，所述第二偏振状态表示在所述第一偏振状态与第二偏振状态之间的强度调制，其中所述强度调制用来确定所述样本的所述特性。
23.如权利要求17所述的光学计算方法，所述光学计算方法包括动态操纵所述第一偏振器或第二偏振器的角度定向。
24.如权利要求23所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括：
将所述第一偏振器或第二偏振器中的至少一个旋转到角度定向；以及
产生纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的至少一个。
25.如权利要求17所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括调整所述第二偏振器的角度定向，从而调制所述第一偏振光的强度。
26.如权利要求17所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括使所述与样本相互作用的光与波长分散元件光学相互作用，从而产生分散的与样本相互作用的光，其中：
使所述与样本相互作用的光与所述第一偏振器光学相互作用包括使所述分散的与样本相互作用的光与第一偏振器阵列光学相互作用，所述第一偏振器阵列被定位来产生分散的第一偏振光；并且
使所述第一偏振光与所述第二偏振器光学相互作用包括使所述分散的第一偏振光与第二偏振器阵列光学相互作用，从而产生分散的第二偏振光，在所述第二偏振器阵列中的每个偏振器具有在所述第一偏振器阵列中的对应偏振器，从而形成一对。
27.如权利要求26所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括调整所述对的角度定向，以使得在期望波长下实现所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量的加权。
28.如权利要求26所述的光学计算方法，其中：
使所述分散的与样本相互作用的光与所述第一偏振器阵列光学相互作用产生分散的第一偏振光，所述分散的第一偏振光具有相同的偏振状态；并且
使所述分散的第一偏振光与所述第二偏振器阵列光学相互作用产生分散的第二偏振光，所述分散的第二偏振光具有不同的偏振状态，所述不同的偏振状态跨越所述与样本相互作用的光的波长光谱，从而调制所述分散的第一偏振光的强度。
29.如权利要求28所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括使所述分散的第二偏振光与透镜光学相互作用，从而将所述分散的第二偏振光聚焦到所述检测器。
30.如权利要求17所述的光学计算方法，其中在井下环境中执行所述方法。
31.一种用于确定样本的特性的光学计算装置，所述光学计算装置包括：
电磁辐射，其具有第一偏振状态；
偏振器，其被定位来与所述电磁辐射光学相互作用，从而产生具有第二偏振状态的偏振光，所述偏振状态与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；
其中，所述偏振器的光谱强度剖面用于模拟多变量回归矢量，所述多变量回归矢量对应于样本的特性；以及
检测器，其被定位来测量所述与样本相互作用的光并且从而产生用来在所述样本中确定存在所述特性的信号。
32.如权利要求31所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括产生所述电磁辐射的可调谐激光器，其中所述电磁辐射还包括期望的强度和波长。
33.如权利要求32所述的光学计算装置，其中所述可调谐激光器和所述偏振器的组合光谱强度剖面加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的所述特性。
34.如权利要求33所述的光学计算装置，其中：
所述偏振器包括执行装置以便操纵所述偏振器的角度定向；并且
所述可调谐激光器与所述偏振器可通信地联接在一起，以便实现系统性调谐到所述期望的波长和角度定向来加权所述与样本相互作用的光的所述至少一个正交分量。
35.如权利要求31所述的光学计算装置，其中所述偏振器的角度定向限定所述偏振光的第二偏振状态；所述第二偏振状态表示在所述第一偏振状态与第二偏振状态之间的强度调制，其中所述强度调制用来确定所述样本的所述特性。
36.如权利要求31所述的光学计算装置，其中所述第一偏振状态和第二偏振状态是纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的任何一个。
37.如权利要求31所述的光学计算装置，所述光学计算装置还包括信号处理器，其可通信地联接到所述检测器以便可计算地实时确定所述样本的所述特性。
38.如权利要求31所述的光学计算装置，其中所述光学计算装置包括井下储层询问系统的一部分。
39.一种用于确定样本的特性的光学计算方法，所述方法包括：
使电磁辐射与偏振器光学相互作用以便产生偏振光，所述电磁辐射具有第一偏振状态并且所述偏振光具有第二偏振状态；
其中，所述偏振器的光谱强度剖面用于模拟多变量回归矢量，所述多变量回归矢量对应于样本的特性；
使所述偏振光与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；
通过利用检测器来产生对应于所述与样本相互作用的光的信号；以及
使用所述信号在所述样本中确定存在所述特性。
40.如权利要求39所述的光学计算方法，其中产生所述偏振光包括使用可调谐激光器和偏振器的组合光谱强度剖面来加权所述与样本相互作用的光的至少一个正交分量，所述至少一个正交分量对应于所述样本的所述特性。
41.如权利要求40所述的光学计算方法，其中加权所述与样本相互作用的光的所述至少一个正交分量包括：
选择所述电磁辐射的波长和强度；以及
基于所述选择的波长和强度来操纵所述偏振器的角度定向。
42.如权利要求39所述的光学计算方法，所述光学计算方法还包括：
操纵所述偏振器的角度定向；以及
产生纯P偏振光、纯S偏振光或中间的P和S偏振光中的至少一个。
43.如权利要求39所述的光学计算方法，其中在井下环境中执行所述方法。
44.一种用于确定样本的特性的光学计算方法，所述方法包括：
使电磁辐射与样本光学相互作用以便产生与样本相互作用的光；
使用至少一个偏振器来调制所述与样本相互作用的光的强度，从而产生偏振光；
其中，所述至少一个偏振器的光谱强度剖面用于模拟多变量回归矢量，所述多变量回归矢量对应于样本的特性；
通过利用检测器来产生对应于所述偏振光的信号；以及
使用所述信号在所述样本中确定存在所述特性。
45.如权利要求44所述的光学计算方法，其中调制所述与样本相互作用的光的所述强度包括利用两个偏振器来产生所述偏振光。
46.如权利要求44所述的光学计算方法，其中调制所述与样本相互作用的光的所述强度包括操纵所述至少一个偏振器的角度定向。
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