CN107102434A - 基于玻片堆的可调偏振度光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于玻片堆的可调偏振度光源，可以在实验室中获得已知偏振度的线偏振光，偏振度在0~42%多连续可调，依据玻片堆的倾斜角度的变化而变化。本发明可以提供多种偏振测量仪器的随时比对实验，使各测偏仪器间的精度比对成为可能，这对于偏振测量仪器的定标和校准具有很大的意义；本发明还具有出射偏振角可调功能，即改变线偏振光在垂直振动面的方向；本发明具有手动调节方便，结构较简单，成本较低，装置整体体积和重量较小，搬动方便等特点。

Description

基于玻片堆的可调偏振度光源

技术领域

本发明属于光学遥感设备领域，具体涉及一种基于玻片堆的可调偏振度光源。

背景技术

在自然界的光辐射中有许多本身就存在偏振辐射分量，比如地表反射光以及大气辐射等，甚至太阳辐射经过大气层后也存在偏振态。在光学遥感领域，有许多偏振测量仪器，在光谱辐射的基础上解析出偏振分量信息，而其中多数都有直接或间接测量线偏振的偏振度功能，就是偏振光学中的I、Q、U值。而自然界中的偏振辐射都是未知量的，多种遥感器的偏振测量值也只是该型遥感器对偏振信息的解析，由于偏振测量的复杂性和多因素影响，相比其他测量，其真实值是很难测准的，有的可能偏差很大。所以，如果能在实验中制造出一种可以已知偏振度的偏振光源，并且其偏振度值是可调的，则对于偏振测量仪器的定标和校准具有很大的意义。这在一定程度上就如同辐射定标中的标准光源对于辐射测量的意义一般。

当然由于偏振的溯源性不如辐射量那般直接，该可调偏振度光源实际上也只能算是偏振标准参考光源。但是它的量值可以有其自身的评价手段，比如与高精度的光谱偏振分析仪测量比对。

可调偏振光源的出射偏振度基本在0~42%多，基本满足了自然界中一般的部分偏振光的偏振度，根据玻片堆的相对转动可以精确计算出出射偏振度，从角度刻度中读出角度，根据公式计算出对应的偏振度，也可以建立角度/偏振度的对照表，具有直接可判读性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于玻片堆的可调偏振度光源，可以在实验室中获得已知偏振度的部分偏振光，并根据玻片堆的旋转角度和参照公式就可算出出射偏振度，满足了0~42%多线偏振光需求，对于大多数测量偏振仪器这已足够能标定该型仪器的测偏精度。由于已知偏振标准参考光源的存在，可以提供多种偏振测量仪器的随时比对实验，这样各测偏仪器间的精度比对成为可能；本发明还具有出射偏振角可调功能，是通过盒体整体绕光轴旋转来达到这一功能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：包括有积分球、偏振盒，积分球的出光孔正对偏振盒的入口；所述偏振盒包括有铸造盒体，铸造盒体的左右两端分别设有入光筒、出光筒，所述铸造盒体中位于入光筒与出光筒之间设有两个平板玻璃组件，所述平板玻璃组件包括有平板玻璃、平板玻璃框、平板玻璃调整框，平板玻璃装夹在平板玻璃框中并压紧，平板玻璃框嵌入在平板玻璃调整框中并将平板玻璃调平；所述铸造盒体的前后端面上设有两组平行的转轴孔，各转轴孔中嵌入有滑动轴套，铸造盒体的前/后端面的转轴孔中安装有短转轴，短转轴的内侧一端固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框上，铸造盒体的另一端面上的转轴孔中安装有长转轴，长转轴的内侧一端固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框上，长转轴的外侧一端与手动旋转台连接，手动旋转台位于铸造盒体的外部，通过旋转手动旋转台改变平板玻璃组件的倾斜角度；所述铸造盒体内下盖板上位于两平板玻璃组件的内侧分别固定设有一调零挡块。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述平板玻璃装夹在平板玻璃框中采用F4垫片和金属压板进行压紧。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述平板玻璃框嵌入在平板玻璃调整框中采用微调螺纹副和碟形弹簧复位机构进行调平与复位，所述微调螺纹副从平板玻璃调整框的后端面压入并固定在平板玻璃框上，根据三点一面原理，通过调整微调螺纹副的两侧螺钉使平板玻璃框及平板玻璃与短转轴、长转轴位于同一平面；碟形弹簧复位机构包括压在平板玻璃调整框四角的碟形弹簧，利用碟形弹簧的反弹力实现复位。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述长、短转轴的内侧一端分别通过销轴和销孔固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框上。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述长转轴的外侧一端通过旋转连接板与手动旋转台连接，长转轴与旋转连接板之间、旋转连接板与手动旋转台均采用螺钉连接。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述手动旋转台上设有角度指示刻线，并标记了起始0°工作面。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述入光筒和出光筒上分别设有遮光防尘盖。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述铸造盒体的两端转动安装在一个U型支架上，铸造盒体可在U型支架上绕光轴旋转并在需要的角度位置锁紧定位。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述U型支架包括有两个两端支撑板、一个整体底板以及用于锁紧定位的紧固螺钉，两端支撑板上设有旋转角度指示盘。

所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述平板玻璃组件的倾斜角度不同，偏振盒的偏振度就不同，平板玻璃组件最大倾斜角度65°，对应偏振盒的偏振度约为42%，偏振盒的偏振度在0~42%之间连续可调；铸造盒体绕光轴旋转角度不同，偏振盒的偏振角不同，偏振光的振动方向就不同。

本发明的原理是：

本发明中，装有玻片堆（即两个平板玻璃组件）的偏振盒的前面是积分球，积分球的出光孔大于或等于偏振盒的通光口径；玻片堆由两片成“八”字形放置的完全非镀膜的光学平板玻璃组成，平板玻璃是由高等级光学镜头玻璃加工而成，0°放置时两片玻璃平板接近完全平行，倾斜角度时，角度值相等，转动方向相反，玻璃平板放置在玻璃调整框中，通过旋转转轴改变玻璃的倾斜角度，不同的倾斜角度对应不同的出射偏振度。

光学平板玻璃首先固定在平板玻璃框中，采用一面硬接触、一面软接触(采用F4垫片)的固定夹紧方式，平板玻璃框再和平板玻璃调整框相连接，并增加调平角度和复位功能，通过微调螺纹副使平板玻璃框和平板玻璃调整框两面之间的角度变化，平板玻璃调整框和转轴采用销钉定位并组成一体，其与前后转轴孔组成的轴线同轴。后期光学调试的重点目的就是调节平板玻璃框与转轴孔的平行。

出射光的偏振度仅与玻璃材料的折射率和玻璃的旋转角度有关，旋转角度一般到了65°也就是最大值了，再大则会出现漏光或杂散光等问题。玻璃材料一般都用比较常用易于加工和保存的K9玻璃，如果更换更高折射率的光学玻璃则会得到更高的出射偏振度，前提是这种玻璃在加工过程中和后续使用过程中不会霉变和潮解。

旋转角度的是通过手动旋转、刻线对准的，通过眼睛观察刻线对准，在某个角度值时，可以通过手动微调更精细的对准。使用过程中一定要保证两边的旋转角度值是相等的，方向相反。

铸造盒体内部设有调零挡块，这在结构上限定了平板玻璃的初始定位面，即为0°面，这也使得一块平板玻璃只能朝一个方向旋转，避免反向旋转。当然这个0°初始定位面也是通过光学调试而得到并固定下来的。

整个铸造盒体的旋转角度可以从两端支撑板上的角度指示盘中读出，垂直向下的位置为0°，360°可旋转，转动某个位置时，可以通过固紧螺钉锁定。

偏振盒的入光筒和出光筒具有遮光防尘盖，在不使用时，可以旋上端盖，保护内部不进入灰尘，因为灰尘沾附到玻璃表面会对折射率有影响，进而影响偏振度。

本发明的可调偏振度光源只能工作在光学实验室中，并且最好是恒温恒湿的无尘实验室，即使这样，最好每年或两年对玻璃进行一次除尘处理，可以用大功率的吸尘器对偏振盒内部吸尘。尽量避免拆卸平板玻璃，拆卸之后要重新装调平板玻璃。

本发明的优点：

本发明可以在实验室中获得已知偏振度的线偏振光，偏振度在0~42%多连续可调，可调偏振度光源可以说是偏振标准参考光源，一方面它的偏振度可以通过公式计算得出，另一方面它的量值可以通过与高精度的光谱偏振分析仪测量比对得出；本发明可以提供多种偏振测量仪器的随时比对实验，使各测偏仪器间的精度比对成为可能；本发明还具有出射偏振角可调功能，是通过盒体整体绕光轴旋转来达到这一功能；本发明的整套装置手动调节方便，结构较简单，成本较低，装置整体体积和重量较小，搬动方便等特点。

附图说明

图1为本发明的平板玻璃的部件图。

图2为本发明的平板玻璃部件的后向视图。

图3为本发明的偏振盒的竖向剖视图。

图4为本发明的偏振盒的横向剖视图。

图5为本发明的偏振盒的外观图。

图6为本发明的总系统示意图。

其中：A1平板玻璃、A2平板玻璃框、A3平板玻璃调整框、A4 F4垫片和金属压板、A5短转轴、A6长转轴、A7碟形弹簧复位机构、B1微调螺纹副、C1铸造盒体、C2两端支撑板、C3入光筒、C4出光筒、C5调零挡块、D1滑动轴套、D2旋转连接板、D3手动旋转台、E1整体底板、F1积分球、F2偏振盒。

具体实施方式

如图1-6所示，基于玻片堆的可调偏振度光源，包括有积分球F1、偏振盒F2，积分球F1的出光孔正对偏振盒F2的入口，共同组成可调偏振度光源。积分球F1出射光经过积分球的内部多次漫反射匀化作用，形成完全非偏光，通过偏振盒F2的两片成“八”字形相对放置的平板玻璃（即为玻片堆）多次反射和折射作用，形成具有一定偏振度的线偏振光，偏振度根据玻片堆的倾斜角度大小可调，倾斜角度是从手动旋调的刻度对齐读出，偏振度根据倾斜角度和玻璃折射率计算得出。根据玻片堆0~65°范围可调，得出偏振度范围是0~42%多。

如图3所示，偏振盒包括有铸造盒体C1，铸造盒体C1的左右两端分别设有入光筒C3、出光筒C4，铸造盒体C1中位于入光筒C3与出光筒C4之间设有两个平板玻璃组件.

如图1、图2所示，平板玻璃组件包括有平板玻璃A1、平板玻璃框A2、平板玻璃调整框A3，平板玻璃A1装夹在平板玻璃框A2中并采用F4垫片和金属压板A4进行压紧，平板玻璃框A2嵌入在平板玻璃调整框A3中采用微调螺纹副B1和碟形弹簧复位机构A7进行调平与复位，微调螺纹副B1从平板玻璃调整框A3的后端面压入并固定在平板玻璃框A2上，根据三点一面原理，通过调整微调螺纹副B1的两侧螺钉使平板玻璃框A2及平板玻璃A1与短转轴A5、长转轴A6位于同一平面；碟形弹簧复位机构A7包括压在平板玻璃调整框A3四角的碟形弹簧，利用碟形弹簧的反弹力实现复位。

如图3、4所示，铸造盒体C1的前后端面上设有两组平行的转轴孔，各转轴孔中嵌入有滑动轴套D1，铸造盒体C1的前/后端面的转轴孔中安装有短转轴A5，短转轴A5的内侧一端通过销轴和销孔固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框A3上，铸造盒体C1的另一端面上的转轴孔中安装有长转轴A6，长转轴A6的内侧一端通过销轴和销孔固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框A3上，长转轴A6的外侧一端通过旋转连接板D2与手动旋转台D3连接，长转轴A6与旋转连接板D2之间、旋转连接板D2与手动旋转台D3均采用螺钉连接，手动旋转台D3位于铸造盒体C1的外部，通过旋转手动旋转台D3改变平板玻璃组件的倾斜角度；铸造盒体C1内下盖板上位于两平板玻璃组件的内侧分别固定设有一调零挡块C5，保证每个平板玻璃A1只能朝一个方向旋转，并且标记了起始0°工作面。

如图5所示，铸造盒体C1的两端转动安装在一个U型支架上，铸造盒体C1可在U型支架上绕光轴旋转并在需要的角度位置锁紧定位。U型支架包括有两个两端支撑板C2、一个整体底板E1以及用于锁紧定位的紧固螺钉，两端支撑板C2上设有旋转角度指示盘。铸造盒体C1处在两端支撑板C2的支撑环抱中，需要调节偏振角时，可以让整个盒体绕光轴旋转。手动旋转台D3上有角度指示刻线，角度值可以直接读出。

如图6所示，偏振盒F2正对积分球F1的出光孔，积分球和偏振盒一起组成可调偏振度光源系统。

可调偏振度光源在实验中和高精度的专研的测线偏振仪器：光谱偏振分析仪做比对实验，可调偏振度光源的理论计算偏振度和光谱偏振分析仪实测偏振度，在所有的角度范围内其误差均在2‰之内，出射偏振度的精度得到很好的实测验证；可调偏振度光源在实验的偏振定标实验中经常会使用到，并且具有手动调节方便，装置整体体积和重量较小，搬动方便等特点，在航空偏振仪器和航天偏振仪器的偏振定标过程中发挥了巨大作用。

Claims (10)

1.基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：包括有积分球、偏振盒，积分球的出光孔正对偏振盒的入口；所述偏振盒包括有铸造盒体，铸造盒体的左右两端分别设有入光筒、出光筒，所述铸造盒体中位于入光筒与出光筒之间设有两个平板玻璃组件，所述平板玻璃组件包括有平板玻璃、平板玻璃框、平板玻璃调整框，平板玻璃装夹在平板玻璃框中并压紧，平板玻璃框嵌入在平板玻璃调整框中并将平板玻璃调平；所述铸造盒体的前后端面上设有两组平行的转轴孔，各转轴孔中嵌入有滑动轴套，铸造盒体的前/后端面的转轴孔中安装有短转轴，短转轴的内侧一端固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框上，铸造盒体的另一端面上的转轴孔中安装有长转轴，长转轴的内侧一端固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框上，长转轴的外侧一端与手动旋转台连接，手动旋转台位于铸造盒体的外部，通过旋转手动旋转台改变平板玻璃组件的倾斜角度；所述铸造盒体内下盖板上位于两平板玻璃组件的内侧分别固定设有一调零挡块。

2.根据权利要求1所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述平板玻璃装夹在平板玻璃框中采用F4垫片和金属压板进行压紧。

3.根据权利要求1或2所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述平板玻璃框嵌入在平板玻璃调整框中采用微调螺纹副和碟形弹簧复位机构进行调平与复位，所述微调螺纹副从平板玻璃调整框的后端面压入并固定在平板玻璃框上，根据三点一面原理，通过调整微调螺纹副的两侧螺钉使平板玻璃框及平板玻璃与短转轴、长转轴位于同一平面；碟形弹簧复位机构包括压在平板玻璃调整框四角的碟形弹簧，利用碟形弹簧的反弹力实现复位。

4.根据权利要求1所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述长、短转轴的内侧一端分别通过销轴和销孔固定在平板玻璃组件的平板玻璃调整框上。

5.根据权利要求4所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述长转轴的外侧一端通过旋转连接板与手动旋转台连接，长转轴与旋转连接板之间、旋转连接板与手动旋转台均采用螺钉连接。

6.根据权利要求5所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述手动旋转台上设有角度指示刻线，并标记了起始0°工作面。

7.根据权利要求1所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述入光筒和出光筒上分别设有遮光防尘盖。

8.根据权利要求1所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述铸造盒体的两端转动安装在一个U型支架上，铸造盒体可在U型支架上绕光轴旋转并在需要的角度位置锁紧定位。

9.根据权利要求8所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述U型支架包括有两个两端支撑板、一个整体底板以及用于锁紧定位的紧固螺钉，两端支撑板上设有旋转角度指示盘。

10.根据权利要求8所述的基于玻片堆的可调偏振度光源，其特征在于：所述平板玻璃组件的倾斜角度不同，偏振盒的偏振度就不同，平板玻璃组件最大倾斜角度65°，对应偏振盒的偏振度约为42%，偏振盒的偏振度在0~42%之间连续可调；铸造盒体绕光轴旋转角度不同，偏振盒的偏振角不同，偏振光的振动方向就不同。