CN114384047A - 基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置、方法及应用，所述装置包括计算机、电机控制器、氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、输出光纤、准直透镜、起偏器、旋转相位补偿器、光纤样品台、显微物镜、成像透镜、检偏器和CCD；所述旋转相位补偿器与电机的转动轴连接，电机通过电机控制器与计算机连接；单色仪与计算机连接。本发明适用于光纤预制棒和各种不同种类光纤折射率测量，可获得光纤光谱折射率和微区折射率，具有较高灵活性和测量效率。

Description

基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置、方法及应用

技术领域

本发明属于光纤参数测量领域，具体涉及基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置、方法及应用。

背景技术

光纤作为一种导光介质，在传感、通信、检测、光纤激光器和精密测量等领域得到广泛的应用。近年来，随着随着光纤技术的成熟以及聚合物光纤的出现，光纤的成本不断下降，光纤在各个领域的应用越来越普遍。随着光纤应用的推广，光纤自身得到发展的同时也需要有更好的方法来测试和评估光纤成品。光纤内部的折射率分布是影响光纤

带宽、色散、模式畸变和传播损耗等光学特性的关键因素。因此，测量光纤剖面折射率分布对分析光纤特性、结构和拉制工艺具有重要意义。目前，光纤测量技术的主要手段包括折射近场法、近场扫描法、空间滤波法、散射法、干涉法、端面反射法、聚焦法和原子力腐蚀法等等。

折射近场法是目前国际上最为成熟可靠的光纤折射率测量手段，相对于其他测量光纤折射率分布的方法，折射进场原理的优点是理论基础及实验技术成熟，具有方法可靠、分辨率高的优点，可以将探测器采集的折射模光强信号直接转换成光纤的绝对折射率分布。然而，折射近场法必须切断光纤，而且对于光纤切断面有较高的质量要求。折射近场法需要扫描控制结构，因此测量设备复杂，测量速度慢，对工作环境也有较高的要求。测量仪器价格也往往达到几十甚至上百万美元。

近年来在传统椭偏测量技术的基础上结合显微成像技术出现了椭圆偏振成像，该技术能够采用扩展光束照射待测区域，并采用面阵成像固体器件进行探测，从而获取大面积范围的椭偏参数。横向分辨率可达到光学衍射极限，为高空间分辨的测量样品参数提供了一条有效途径，但是目前该技术主要应用在生物学和材料学领域。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置、方法及应用，实现连续光谱的光纤折射率和微区折射率的快速、精准、低成本、无损测量。适用于光纤预制棒和各种不同种类光纤折射率测量，可以得到400nm到700nm波长范围内整个光纤截面包括纤芯和包层的折射率以及光纤截面任意微区的折射率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置，包括计算机、电机控制器、氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、输出光纤、准直透镜、起偏器、旋转相位补偿器、光纤样品台、显微物镜、成像透镜、检偏器和CCD；所述旋转相位补偿器与电机的转动轴连接，电机通过电机控制器与计算机连接；单色仪与计算机连接；

所述氙灯光源、单色仪、光纤耦合器和输出光纤组成光源模块；所述准直透镜、起偏器和旋转相位补偿器组成起偏模块，与入射光同光轴设置；所述显微物镜和成像透镜组成成像单元，成像单元和检偏器组成检偏模块，与样品反射光同光轴设置，所述成像单元可沿光轴方向前后移动调整工作距离；所述CCD为探测模块；所述计算机为分析及控制模块；所述电机控制器为电机控制模块；所述起偏模块和检偏模块设置在所述光纤样品台的两侧，且与光纤样品台的夹角均为

夹角大小可调。

进一步的，所述分析及控制模块用于计算处理每个像素点所得的光强信号，得到样品上各个微区的椭偏参数，对椭偏参数分析获取光纤折射率得到光纤截面折射率分布图，对光纤截面折射率分布图和CCD所获取的光纤图像进行单应性变换去除成像畸变。

进一步的，所述起偏模块和检偏模块与光纤样品台的夹角

选定为55°。

进一步的，所述光纤样品台包括调节XYZ轴的三维位移台。

本发明还提供一种光纤折射率测量的方法，利用前述装置实现，包括如下步骤：

1)打开氙灯光源、单色仪、电机控制模块、CCD和计算机的电源，由光源发出的单色光束经过单色仪变为单色光，经过准直透镜变为平行光束，再经过起偏器和旋转相位补偿器得到随时间变化的线偏振光束；

2)转动镜架两臂选定入射角，所述入射角为入射光线与光纤截面的夹角,夹角取值为55°；

3)将待测光纤置于光纤样品台上，调整光纤位置使光纤截面位于入射光斑中心位置；此时步骤1)中产生的随时间变化的线偏振光束投射至光纤截面，反射光经过检偏器调制为线偏振光后进入CCD，此时反射光由镜架中心射入且与检偏模块同光轴；

4)沿光轴方向前后移动成像单元，调整工作距离，使CCD得到清晰的图像；同时调节氙灯光源的功率，避免CCD发生饱和；

5)将起偏器角度调制0°，起偏器0°位置为起偏器透振方向与入射面垂直时的位置；

6)利用单色仪按照一定步长改变入射光束的波长，利用计算机通过电机控制模块控制电机旋转，控制旋转相位补偿器沿光轴方向匀速旋转，通过CCD获取光强信号；

7)手动调节起偏器角度，起偏器角度为沿入射光传输方向看时起偏器透振方向逆时针偏离起偏器0°位置的角度，重复步骤6)，其中起偏器角度增加步长为20°，直至转满180°，根据所获取的光强信号计算得到CCD上每个微区的测量穆勒矩阵，组合所有微区的测量穆勒矩阵得到不同波长、方位角的成像穆勒矩阵；然后根据成像穆勒矩阵中的元素计算得到光纤截面的椭偏参数ψ和Δ；

8)利用计算机根据椭偏参数ψ和Δ计算光纤截面的折射率分布；然后根据折射率n和消光系数k的公式计算得到光纤各个微区的折射率；

9)利用计算机将每个微区的折射率分布进行组合获取整个光纤截面的折射率分布、沿光纤直径方向的折射率变化曲线和各个微区折射率随波长变化曲线；

10)利用单应性变换解决斜入射造成的成像畸变对光纤分布图进行复原。

进一步的，步骤7)中，椭偏参数通过以下方式获得：

首先，求解傅里叶系数：

反射光束和入射光束对应的斯托克斯向量S_out，S_in之间的关系式为：

S_out＝[R(-A)M_AR(A)]M[R(-C)M_CR(C)][R(-P)M_PR(P)]S_in(1)

其中R(θ)即为表示器件旋转的穆勒矩阵，θ为不同期间的旋转角度，M_A，M_C，M_P，M分别为检偏器，补偿器，起偏器和光纤样品的穆勒矩阵；

单旋转相位补偿器的理论光强信号用傅里叶展开式表示为：

I(t)＝I₀{1+α₂cos2(ωt-C_S)+β₂sin2(ωt-C_S)+α₄cos4(ωt-C_S)+β₄sin4(ωt-C_S)} (2)

将所有器件的穆勒矩阵和表示器件旋转的的穆勒矩阵带入(1)式得到系统的入射光斯托克斯矢量，与(2)式对比得到各项傅里叶系数I₀、α₂、α₄、β₂、β₄的表达式：

以上公式中M_P、M_A、M_C、M分别为起偏器、检偏器、旋转相位补偿器和待测光纤对应的穆勒矩阵；P、A、C分别为起偏器、检偏器和旋转相位补偿器的透射光轴与入射面夹角；其中C＝ωt-C_S，ω为旋转相位补偿器的角频率，C_S为补偿器的初始方位角；δ为旋转相位补偿器相位延迟函数；

根据实际测得的光强信号，通过Hadamard分析方法求解得到各项傅里叶系数，具体求解公式为：

将系统的光学周期划分为N等分，S_j是每个时间间隔下的光强积分值；将周期大于5等分即可求得系统传递函数的实际傅里叶系数{I'₀、α'_2n、β'_2n；(n＝1,2)}；

最后，再进一步联立公式(3-7)计算得到光纤截面的椭偏参数ψ和Δ。

进一步的，步骤8)中，折射率n和消光系数k的公式：

其中n_i为空气的折射率，取值为1。

进一步的，步骤10)中，所述单应性矩阵H通过显微镜拍摄的标准标定板照片和本装置CCD拍摄的图片求得，假设两张图像中的对应点对齐次坐标为(x',y',1)和(x,y,1)，单应矩阵H定义为：

由单应性原理可得：

矩阵(12)展开后得到：

公式(13)(14)整理可得：

h₁₁x+h₁₂y+h₁₃-h₃₁xx'-h₃₂yx'-h₃₃x'＝0 (15)

h₂₁x+h₂₂y+h₂₃-h₃₁xy'-h₃₂yy'-h₃₃y'＝0 (16)

因为单应性矩阵H只有8个自由度，所以只需要在两张图像中分别取4个对应带入(15)(16)即可得到如下矩阵：

求得单应性矩阵H，然后通过单应性矩阵H对微区组合成的光纤界面折射率分布图和CCD获取的光强分布图进行单应性变换获取准确图像。

本发明基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置的应用，用于测量光纤预制棒和不同种类光纤折射率，使用所述光纤折射率测量的方法，可获得光纤光谱折射率和微区折射率的高精度无损测量。

与现有技术相比，本发明优点在于：

1.本发明的光纤折射率测量装置采用由准直透镜，成像单元和CCD组成的成像系统，实现对直径为2.5mm的光斑范围内样品所有直径为1um的微区的独立椭偏分析，适用于各种不同种类的光纤测量，能够测量纤芯直径5um-2mm的光纤，而且可以对光纤预制棒的折射率进行测量，具有较高的灵活性；

2.本发明的光纤折射率测量装置，不需要对光纤端面进行机械扫描也不需要将光纤浸入光纤匹配液中，测量效率较高；

3.本发明的光纤折射率测量装置，光源系统采用由氙灯光源，单色仪，光纤耦合器和输出光纤组成的光源系统，使用氙灯光源加单色仪的组合实现光源模块波长调节，实现光谱测量，光谱范围达到400nm-700nm，能够获得光纤折射率随波长的变化曲线；

4.本发明的光纤折射率测量装置，利用椭圆偏振成像进行光纤折射率测量，因此具有椭圆偏振成像高精度和无损测量的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的光纤折射率测量装置的模块组成示意图；

图2为本发明的光纤折射率测量装置的具体结构示意图。

其中，1、氙灯光源；2、单色仪；3、光纤耦合器；4、输出光纤；5、准直透镜；6、起偏器；7、旋转相位补偿器；8、光纤样品台；9、显微物镜；10、成像透镜；11、检偏器；12、CCD；13、计算机；14、镜架；15、角度计；16、电机控制器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

术语说明：

CCD：Charge-coupledDevice；CCD电荷耦合器件，一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等—系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。

实施例1

结合图1、图2所示，本实施例提供一种基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置，包括计算机13、电机控制器16、氙灯光源1、单色仪2、光纤耦合器3、输出光纤4、准直透镜5、起偏器6、旋转相位补偿器7、光纤样品台8、显微物镜9、成像透镜10、检偏器11和CCD 12；旋转相位补偿器7与电机的转动轴连接，电机通过电机控制器16与计算机13连接；单色仪2与计算机13连接。

氙灯光源1、单色仪2、光纤耦合器3和输出光纤4组成光源模块；所述准直透镜5、起偏器6和旋转相位补偿器7组成起偏模块，与入射光同光轴设置；沿反射光轴设置的显微物镜9和成像透镜10组成成像单元，成像单元和检偏器11组成检偏模块；CCD 12为探测模块；计算机13为分析及控制模块；电机控制器16为电机控制模块；起偏模块和检偏模块设置在所述光纤样品台8的两侧，且与光纤样品台8的夹角均为

夹角大小可调。

本发明的光路如下：

光源模块用于产生可调单色光束，氙灯光源1发出的光由氙灯光源1内部汇聚透镜汇聚到单色仪2入射焦点处，单色仪2与输出光纤4采用光纤耦合器3耦合。(本发明使用氙灯光源1加单色仪2的组合实现光源模块波长调节，实现光谱测量，光谱范围达到400nm-700nm，能够获得光纤折射率随波长的变化曲线。)

准直透镜5对光纤入射光进行准直，准直产生的平行光束由起偏器6进行偏振态调试；入射的光束经过起偏器6起偏为线偏振光，经过匀速旋转状态的旋转相位补偿器7成为随时间变化的椭圆偏振光后入射到光纤样品台8上待测光纤样品表面并反射。反射光束经过成像单元后由检偏器11调制为线偏振光。

所述起偏器6可以手动旋转，沿光轴方向旋转调节角度；所述旋转相位补偿器7由电机控制沿光轴方向匀速旋转。所述CCD 12安装在成像透镜10的焦平面上，用于探测光强信号；所述准直透镜5、起偏器6和旋转相位补偿器7与入射光同光轴设置；所述光纤样品台8包括调节XYZ轴的三维位移台，可通过调节旋钮调节高低、左右和前后；所述起偏模块和检偏模块通过镜架14设置在所述光纤样品台8的两侧，夹角的大小可调节；所述成像单元和检偏器11与光纤样品反射光同光轴设置；所述成像单元可沿光轴方向前后移动调整工作距离。

计算机功能为：通过单色仪配套软件控制单色仪选择波长；通过与电机配套的电机控制模块控制电机；通过与CCD配套的信号采集软件系统采集图像并通过公式计算处理每个像素点所得的光强信号，得到样品上各个微区的椭偏参数；对椭偏参数进行分析获取光纤折射率得到光纤截面折射率分布图；对光纤截面折射率分布图进行单应性变换去除成像畸变；对CCD所获取的光纤图像进行单应性变换去除成像畸变。

作为一个优选的实施方式，起偏模块和检偏模块与光纤样品台的夹角

选定为55°。

需要说明的是，本实施例使用的光纤接口为SMA905接口；氙灯光源为北京中教金源科技有限公司的，型号为CEL-S500；单色仪为北京卓立汉光仪器有限公司的，型号为SBP300；三维位移平台为米思精密机械有限公司的，型号为LD40-LM，但本发明使用的设备器件不局限于此。

实施例2

本实施例提供一种光纤折射率测量的方法，利用实施例1记载的装置进行，包括如下步骤：

1)打开氙灯光源、单色仪、电机控制模块、CCD和计算机的电源，由光源发出的单色光束经过单色仪变为单色光，经过准直透镜变为平行光束，再经过起偏器和旋转相位补偿器得到随时间变化的线偏振光束；

2)转动镜架两臂选定入射角，所述入射角为入射光线与光纤截面的夹角,由于玻璃体材料的布鲁斯特角为55°，所以夹角选定为55°；

3)将待测光纤置于光纤样品台上，调整光纤位置使光纤截面位于入射光斑中心位置；此时步骤1)中产生的随时间变化的线偏振光束投射至光纤截面，反射光经过检偏器调制为线偏振光后进入CCD，此时反射光由镜架中心射入且与检偏模块同光轴；

4)沿光轴方向前后移动成像单元，调整工作距离，使CCD得到清晰的图像；同时调节氙灯光源的功率，避免CCD发生饱和；

5)将起偏器角度调制0°，起偏器0°位置为起偏器透振方向与入射面垂直时的位置；

6)利用单色仪按照一定步长改变入射光束的波长，利用计算机通过电机控制模块控制电机旋转，控制旋转相位补偿器沿光轴方向匀速旋转，通过CCD获取光强信号；

7)手动调节起偏器角度，起偏器角度为沿入射光传输方向看时起偏器透振方向逆时针偏离起偏器0°位置的角度，重复步骤6)，其中起偏器角度增加步长为20°，直至转满180°，根据所获取的光强信号计算得到CCD上每个微区的测量穆勒矩阵，组合所有微区的测量穆勒矩阵得到不同波长、方位角的成像穆勒矩阵；然后根据成像穆勒矩阵中的元素计算得到光纤截面的椭偏参数ψ和Δ。

CCD上每个微区的数据采集原理都是一样的，以CCD上任意第m行n列对应的微区的数据采集为例。反射光束和入射光束对应的斯托克斯向量S_out，S_in之间的关系式为：

S_out＝[R(-A)M_AR(A)]M[R(-C)M_CR(C)][R(-P)M_PR(P)]S_in (1)

其中R(θ)即为表示器件旋转的穆勒矩阵，θ为不同期间的旋转角度，M_A，M_C，M_P，M分别为检偏器，补偿器，起偏器和光纤样品的穆勒矩阵。

单旋转相位补偿器的理论光强信号用傅里叶展开式表示为：

I(t)＝I₀{1+α₂cos2(ωt-C_S)+β₂sin2(ωt-C_S)+α₄cos4(ωt-C_S)+β₄sin4(ωt-C_S)} (2)

将所有器件的穆勒矩阵和表示器件旋转的的穆勒矩阵带入(1)式得到系统的入射光斯托克斯矢量，与(2)式对比得到各项傅里叶系数I₀、α₂、α₄、β₂、β₄的表达式：

以上公式中M_P、M_A、M_C、M分别为起偏器、检偏器、旋转相位补偿器和待测光纤对应的穆勒矩阵；P、A、C分别为起偏器、检偏器和旋转相位补偿器的透射光轴与入射面夹角；其中C＝ωt-C_S，ω为旋转相位补偿器的角频率，C_S为补偿器的初始方位角；δ为旋转相位补偿器相位延迟函数；

根据实际测得的光强信号，通过Hadamard分析方法求解得到各项傅里叶系数，具体求解公式为：

将系统的光学周期划分为N等分，S_j是每个时间间隔下的光强积分值；将周期大于5等分即可求得系统传递函数的实际傅里叶系数{I'₀、α'_2n、β'_2n；(n＝1,2)}；

最后，再进一步联立公式(3-7)计算得到光纤截面的椭偏参数ψ和Δ。

8)利用计算机根据椭偏参数ψ和Δ计算光纤截面的折射率分布；然后根据折射率n和消光系数k的公式：

可以计算得到光纤各个微区的折射率。其中n_i为空气的折射率，取值为1。

9)利用计算机将每个微区的折射率分布进行组合获取整个光纤截面的折射率分布、沿光纤直径方向的折射率变化曲线和各个微区折射率随波长变化曲线；

10)利用单应性变换解决斜入射造成的成像畸变对光纤分布图进行复原。

单应性矩阵H通过显微镜拍摄的标准标定板照片和本装置CCD拍摄的图片求得。单应性矩阵有8个自由度，因此求解单应性矩阵需要至少4个点对，以下以4个对应点对求解单应性矩阵为例解释求解矩阵的过程，假设两张图像中的对应点对齐次坐标为(x',y',1)和(x,y,1)，单应矩阵H定义为：

由单应性原理可得：

矩阵(12)展开后得到：

公式(13)(14)整理可得：

h₁₁x+h₁₂y+h₁₃-h₃₁xx'-h₃₂yx'-h₃₃x'＝0 (15)

h₂₁x+h₂₂y+h₂₃-h₃₁xy'-h₃₂yy'-h₃₃y'＝0 (16)

因为单应性矩阵H只有8个自由度，所以在两张图像中分别取4个对应带入(15)(16)即可得到如下矩阵：

求得单应性矩阵H，然后通过单应性矩阵H对微区组合成的光纤界面折射率分布图和CCD获取的光强分布图进行单应性变换获取准确图像。

实施例3

如实施例2所述对光纤进行折射率测量的方法，所不同的是，所述步骤2)中，选定入射角不同。

实施例4

本实施例提供基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置的应用，用于测量光纤预制棒和不同种类光纤折射率，使用实施例2所述光纤折射率测量的方法，可获得光纤光谱折射率和微区折射率的高精度无损测量。

本发明可实现对直径为2.5mm的光斑范围内样品所有直径为1um的微区的独立椭偏分析，适用于各种不同种类的光纤测量，能够测量纤芯直径5um-2mm的光纤，而且可以对光纤预制棒的折射率进行测量，具有较高的灵活性，可以得到400nm到700nm波长范围内整个光纤截面包括纤芯和包层的折射率以及光纤截面任意微区的折射率，快速、精准、低成本。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置，其特征在于，包括计算机、电机控制器、氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、输出光纤、准直透镜、起偏器、旋转相位补偿器、光纤样品台、显微物镜、成像透镜、检偏器和CCD；所述旋转相位补偿器与电机的转动轴连接，电机通过电机控制器与计算机连接；单色仪与计算机连接；

所述氙灯光源、单色仪、光纤耦合器和输出光纤组成光源模块；所述准直透镜、起偏器和旋转相位补偿器组成起偏模块，与入射光同光轴设置；所述显微物镜和成像透镜组成成像单元，成像单元和检偏器组成检偏模块，与样品反射光同光轴设置，所述成像单元可沿光轴方向前后移动调整工作距离；所述CCD为探测模块；所述计算机为分析及控制模块；所述电机控制器为电机控制模块；所述起偏模块和检偏模块设置在所述光纤样品台的两侧，且与光纤样品台的夹角均为

夹角大小可调。

2.根据权利要求1所述的基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置，其特征在于，所述分析及控制模块用于计算处理每个像素点所得的光强信号，得到样品上各个微区的椭偏参数，对椭偏参数分析获取光纤折射率得到光纤截面折射率分布图，对光纤截面折射率分布图和CCD所获取的光纤图像进行单应性变换去除成像畸变。

3.根据权利要求1所述的基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置，其特征在于，所述起偏模块和检偏模块与光纤样品台的夹角

选定为55°。

4.根据权利要求1所述的基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置，其特征在于，所述光纤样品台包括调节XYZ轴的三维位移台。

5.一种利用权利要求1-4任意一项所述装置进行光纤折射率测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)打开氙灯光源、单色仪、电机控制模块、CCD和计算机的电源，由光源发出的单色光束经过单色仪变为单色光，经过准直透镜变为平行光束，再经过起偏器和旋转相位补偿器得到随时间变化的线偏振光束；

2)转动镜架两臂选定入射角，所述入射角为入射光线与光纤截面的夹角,夹角取值为55°；

3)将待测光纤置于光纤样品台上，调整光纤位置使光纤截面位于入射光斑中心位置；此时步骤1)中产生的随时间变化的线偏振光束投射至光纤截面，反射光经过检偏器调制为线偏振光后进入CCD，此时反射光由镜架中心射入且与检偏模块同光轴；

4)沿光轴方向前后移动成像单元，调整工作距离，使CCD得到清晰的图像；同时调节氙灯光源的功率，避免CCD发生饱和；

5)将起偏器角度调制0°，起偏器0°位置为起偏器透振方向与入射面垂直时的位置；

6)利用单色仪按照一定步长改变入射光束的波长，利用计算机通过电机控制模块控制电机旋转，控制旋转相位补偿器沿光轴方向匀速旋转，通过CCD获取光强信号；

7)手动调节起偏器角度，起偏器角度为沿入射光传输方向看时起偏器透振方向逆时针偏离起偏器0°位置的角度，重复步骤6)，其中起偏器角度增加步长为20°，直至转满180°，根据所获取的光强信号计算得到CCD上每个微区的测量穆勒矩阵，组合所有微区的测量穆勒矩阵得到不同波长、方位角的成像穆勒矩阵；然后根据成像穆勒矩阵中的元素计算得到光纤截面的椭偏参数ψ和Δ；

8)利用计算机根据椭偏参数ψ和Δ计算光纤截面的折射率分布；然后根据折射率n和消光系数k的公式计算得到光纤各个微区的折射率；

9)利用计算机将每个微区的折射率分布进行组合获取整个光纤截面的折射率分布、沿光纤直径方向的折射率变化曲线和各个微区折射率随波长变化曲线；

10)利用单应性变换解决斜入射造成的成像畸变对光纤分布图进行复原。

6.根据权利要求5所述的光纤折射率测量的方法，其特征在于，步骤7)中，椭偏参数通过以下方式获得：

首先，求解傅里叶系数：

反射光束和入射光束对应的斯托克斯向量S_out，S_in之间的关系式为：

S_out＝[R(-A)M_AR(A)]M[R(-C)M_CR(C)][R(-P)M_PR(P)]S_in (1)

其中R(θ)即为表示器件旋转的穆勒矩阵，θ为不同期间的旋转角度，M_A，M_C，M_P，M分别为检偏器，补偿器，起偏器和光纤样品的穆勒矩阵；

单旋转相位补偿器的理论光强信号用傅里叶展开式表示为：

I(t)＝I₀{1+α₂cos2(ωt-C_S)+β₂sin2(ωt-C_S)+α₄cos4(ωt-C_S)+β₄sin4(ωt-C_S)} (2)

将所有器件的穆勒矩阵和表示器件旋转的的穆勒矩阵带入(1)式得到系统的入射光斯托克斯矢量，与(2)式对比得到各项傅里叶系数I₀、α₂、α₄、β₂、β₄的表达式：

以上公式中M_P、M_A、M_C、M分别为起偏器、检偏器、旋转相位补偿器和待测光纤对应的穆勒矩阵；P、A、C分别为起偏器、检偏器和旋转相位补偿器的透射光轴与入射面夹角；其中C＝ωt-C_S，ω为旋转相位补偿器的角频率，C_S为补偿器的初始方位角；δ为旋转相位补偿器相位延迟函数；

根据实际测得的光强信号，通过Hadamard分析方法求解得到各项傅里叶系数，具体求解公式为：

将系统的光学周期划分为N等分，S_j是每个时间间隔下的光强积分值；将周期大于5等分即可求得系统传递函数的实际傅里叶系数{I'₀、α'_2n、β′_2n；(n＝1,2)}；

最后，再进一步联立公式(3-7)计算得到光纤截面的椭偏参数ψ和Δ。

7.根据权利要求5所述的光纤折射率测量的方法，其特征在于，步骤8)中，折射率n和消光系数k的公式：

其中n_i为空气的折射率，取值为1。

8.根据权利要求5所述的光纤折射率测量的方法，其特征在于，步骤10)中，所述单应性矩阵H通过显微镜拍摄的标准标定板照片和本装置CCD拍摄的图片求得，假设两张图像中的对应点对齐次坐标为(x',y',1)和(x,y,1)，单应矩阵H定义为：

由单应性原理可得：

矩阵(12)展开后得到：

公式(13)(14)整理可得：

h₁₁x+h₁₂y+h₁₃-h₃₁xx'-h₃₂yx'-h₃₃x'＝0 (15)

h₂₁x+h₂₂y+h₂₃-h₃₁xy'-h₃₂yy'-h₃₃y'＝0 (16)

因为单应性矩阵H只有8个自由度，所以只需要在两张图像中分别取4个对应带入(15)(16)即可得到如下矩阵：

求得单应性矩阵H，然后通过单应性矩阵H对微区组合成的光纤界面折射率分布图和CCD获取的光强分布图进行单应性变换获取准确图像。

9.基于椭圆偏振成像的光纤折射率测量装置的应用，其特征在于，使用权利要求5所述的方法，测量光纤预制棒和不同种类光纤折射率。

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