CN115219034A - 偏振态测量装置和偏振态测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种偏振态测量装置，应用于光通信领域。偏振态测量装置包括晶体，反射结构和探测器组。当入射光入射到第一反射结构时，产生第一反射光和第一透射光。第一反射光入射至第二反射结构，产生第二反射光和第二透射光。第二反射光入射至第三反射结构，产生第三反射光和第三透射光。探测器组用于测量第一透射光，第二透射光，第三透射光和第三反射光的四个光强度。四个光强度用于得到入射光的偏振态。本申请中的第一反射光和第二反射光经过晶体，可以增加传输矩阵的数量，从而提高设计偏振态测量装置的灵活性。

Description

偏振态测量装置和偏振态测量方法

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及偏振态测量装置和偏振态测量方法。

背景技术

在光通信系统中，相干信号光的偏振态(State of Polarization，SOP)发生剧烈改变时，会影响光通信的质量。

为此，可以使用偏振态测量装置测量信号光的偏振态。图1为偏振态测量装置的结构示意图。如图1所示，信号光入射到分光棱镜101。分光棱镜101将信号光分为透射光和反射光。透射光经过波片102后进入分光棱镜103。分光棱镜103再次将透射光分为透射光和反射光。透射光和反射光分别进入光探测器105和光探测器106。类似地，从分光棱镜101射出的反射光进入分光棱镜104。分光棱镜104再次将反射光分为透射光和反射光。反射光和透射光分别进入光探测器107和光探测器108。光探测器105～108获得4个光强度。4个光强度可用于计算斯托克斯参数S₀，S₁，S₂和S₃。斯托克斯参数可以用于衡量信号光的偏振态。

其中，整个偏振态测量装置的穆勒矩阵为D。ABS＝|det(D)|。det()表示对矩阵求行列式。ABS表示取det()的绝对值。ABS＝(T1，R1，M，T2，R2，T3，R3)。T1表示分光棱镜101的透射矩阵，R1表示分光棱镜101的反射矩阵。T2，T3分别表示分光棱镜103，分光棱镜104的透射矩阵。R2，R3分别表示分光棱镜103，分光棱镜104的反射矩阵。M表示波片102的传输矩阵。当ABS越大时，穆勒矩阵D的线性无关性越强，通过偏振态测量装置得到的信号光的偏振态的越准确。

但是，图1的偏振态测量装置的设计不够灵活。具体地，当T1，R1，T2，R2，T3，R3为固定值时，只能通过改变M来改变ABS。

发明内容

本申请提供了一种偏振态测量装置和偏振态测量方法，通过让第一反射光和第二反射光的经过晶体，可以增加传输矩阵的数量，从而提高设计偏振态测量装置的灵活性。

本申请第一方面提供了一种偏振态测量装置。偏振态测量装置包括晶体，反射结构和探测器组。其中，反射结构包括第一反射结构，第二反射结构和第三反射结构。当入射光入射到第一反射结构时，产生第一反射光和第一透射光。第一反射光入射至第二反射结构，产生第二反射光和第二透射光。第二反射光入射至第三反射结构，产生第三反射光和第三透射光。第一反射光和第二反射光的传输路径经过晶体。探测器组用于测量第一透射光，第二透射光，第三透射光和第三反射光的四个光强度。四个光强度用于得到入射光的偏振态，例如斯托克斯参数。

在本申请中，当第一反射光和第二反射光的传输路径经过晶体时，会存在M1和M2两个传输矩阵。通过改变M1或M2，可以改变ABS。因此，通过增加传输矩阵的数量，可以提高设计偏振态测量装置的灵活性。

在第一方面的一种可选方式中，反射结构在晶体内部。其中，当反射结构在晶体内部时，偏振态测量装置为集成器件。与分立器件相比，集成器件的安装误差更小，从而提高偏振态测量装置的质量。

在第一方面的一种可选方式中，探测器组包括透射光探测器和反射光探测器。透射光探测器用于测量第一透射光，第二透射光，第三透射光的光强度，反射光探测器用于测量第三反射光的光强度。透射光探测器分别设置于第一反射结构，第二反射结构和第三反射结构的出光面。其中，当透射光探测器设置于反射结构的出光面时，可以减少晶体中空腔的数量，进而减小加工成本。

在第一方面的一种可选方式中，反射光探测器设置于第三反射结构的反射面。其中，当反射光探测器设置于反射结构的出光面时，可以进一步减少晶体中空腔的数量，进而减小加工成本。

在第一方面的一种可选方式中，反射结构是晶体内部的三个空腔。其中，当反射结构是三个空腔时，可以减少偏振态测量装置中器件的数量，进而降低成本。

在第一方面的一种可选方式中，三个空腔填充有气体。其中，通过填充气体，可以改变反射结构的反射矩阵和透射矩阵，从而进一步提高设计偏振态测量装置的灵活性。

在第一方面的一种可选方式中，第一反射结构，第二反射结构和第三反射结构存在不同的介质。因此，本申请可以进一步提高设计偏振态测量装置的灵活性。

在第一方面的一种可选方式中，第一反射结构，第二反射结构和第三反射结构的反射平面垂直于同一平面。其中，当反射结构的反射平面垂直于同一平面时，因为存在同一参考平面，可以降低加工偏振态测量装置的工艺难度。因此，本申请可以降低偏振态测量装置的加工成本。

在第一方面的一种可选方式中，入射光和第一反射结构的反射平面的夹角为43度至74度。其中，夹角和偏振态测量装置的体积相关。当夹角为43度至74度时，偏振态测量装置有着更小的体积。因此，本申请可以降低偏振态测量装置的体积。

在第一方面的一种可选方式中，反射结构的反射面设置有增透膜或增反膜。其中，通过增透膜或增反膜，可以改变反射结构的透射矩阵或反射矩阵，进一步提高设计偏振态测量装置的灵活性。

在第一方面的一种可选方式中，晶体的折射率大于反射结构的折射率。其中，当晶体的折射率大于反射结构的折射率，光从晶体入射至反射结构会产生半波损失。半波损失会影响反射结构的反射矩阵，从而有利于获取穆勒矩阵的最大ABS，提高斯托克斯参数的准确性。

在第一方面的一种可选方式中，晶体的材料为水晶SiO₂或方解石CaCO₃。

在第一方面的一种可选方式中，晶体的折射率为1.48至1.65。

本申请第二方面提供了一种斯托克斯参数测量装置。斯托克斯参数测量装置包括处理单元和前述第一方面或第一方面中任意一种可选方式中的偏振态测量装置。处理单元用于从偏振态测量装置获取四个光强度，根据四个光强度得到斯托克斯参数S₀，S₁，S₂和S₃。

本申请第三方面提供了一种偏振态测量方法。该方法包括：根据前述第一方面或第一方面中任意一种可选方式中的偏振态测量装置获取入射光的四个光强度i₀，i₁，i₂和i₃。根据公式S＝A^-1I获取第一斯托克斯参数S₀，S₁，S₂和S₃。S＝(S₀，S₁，S₂，S₃)^T，I＝(i₀，i₁，i₂，i₃)^T，穆勒矩阵A为4×4的矩阵。S^T表示S的转置矩阵。I^T表示I的转置矩阵。A^-1表示A的逆矩阵。

在第三方面的一种可选方式中，所述方法还包括：根据光强度测量装置获取四束入射光的四组光强度。每组光强度和每束入射光一一对应，每组光强度包括四路光强度。获取四束入射光的四组斯托克斯参数，每束入射光和每组斯托克斯参数一一对应。根据A＝I₁S₁ ^-1获取穆勒矩阵A。I₁为四组光强度组成的4×4矩阵，S₁为四组斯托克斯参数组成的4×4矩阵。

在第三方面的一种可选方式中，所述方法还包括：根据前述第一方面或第一方面中任意一种可选方式中的偏振态测量装置获取入射光的第二斯托克斯参数。根据第二斯托克斯参数和第一斯托克斯参数获取入射光的偏振态的变化速率。

本申请第四方面提供了一种偏振态测量系统。系统包括发送端，分束器和前述第一方面或第一方面中任意一种可选方式中的偏振态测量装置。其中，发送端和分束器通过光纤相连。分束器和偏振态测量装置相连。发送端用于通过光纤向分束器发送信号光。分束器用于根据信号光得到入射光。偏振态测量装置用于根据入射光得到入射光的偏振态。

附图说明

图1为偏振态测量装置的结构示意图；

图2为本申请中提供的偏振态测量装置的一个结构示意图；

图3为本申请中提供的偏振态测量装置的另一个结构示意图；

图4为本申请中提供的偏振态测量装置的另一个结构示意图；

图5为本申请中提供的反射结构和光探测器的位置示意图；

图6为本申请中提供的偏振态测量方法的流程示意图；

图7为本申请中提供的斯托克斯参数测量装置的结构示意图；

图8为本申请中提供的偏振态测量系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种偏振态测量装置和偏振态测量方法，在本申请中，通过让第一反射光和第二反射光的经过晶体，可以增加传输矩阵的数量，从而提高设计偏振态测量装置的灵活性。

应理解，本申请实施例的描述中使用“第一”、“第二”等仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。另外，为了简明和清楚，本申请各个实施例中重复参考编号和/或字母。重复并不表明各个实施例和/或配置之间存在严格的限定关系。

偏振态测量装置的穆勒矩阵由偏振态测量装置的物理特性决定。因此，每个偏振态测量装置拥有其相对应的穆勒矩阵。在偏振态测量装置的设计过程中，需要使得穆勒矩阵的ABS最大。例如，在图1所示的偏振态测量装置中，ABS＝|det(D)|＝(T1，R1，M，T2，R2，T3，R3)。当T1，R1，T2，R2，T3，R3为固定值时，可以通过设计M来获得最大的ABS。具体地，不同厚度的波片102拥有不同的M值。因此，可以通过设计波片102的厚度来获得最大的ABS。

但是，在ABS中只有一个变量M，从而使得偏振态测量装置的设计不灵活。具体地，在偏振态测量装置的设计过程中，只能通过改变M来获取最大的ABS。

为此，本申请提供了一种偏振态测量装置。图2为本申请中提供的偏振态测量装置的一个结构示意图。如图2所示，偏振态测量装置包括晶体200，反射结构和探测器组。其中，反射结构包括第一反射结构202，第二反射结构204和第三反射结构206。探测器组包括光探测器203，光探测器205，光探测器207和光探测器208。

当入射光入射到第一反射结构202时，产生第一反射光和第一透射光。光探测器203用于测量第一透射光的光强度。第一反射光经过晶体200后入射至第二反射结构204，产生第二反射光和第二透射光。光探测器205用于测量第二透射光的光强度。第二反射光经过晶体200后入射至第三反射结构206，产生第三反射光和第三透射光。光探测器207用于测量第三透射光的光强度。光探测器208用于测量第三反射光的光强度。探测器组总共得到四个光强度，四个光强度可以用于得到入射光的偏振态，例如斯托克斯参数。

其中，偏振态测量装置的穆勒矩阵为A。ABS＝|det(A)|。ABS＝(T11，R11，M1，T21，R21，M2，T31，R31)。T11表示第一反射结构202的透射矩阵，R11表示第一反射结构202的反射矩阵。T21表示第二反射结构204的透射矩阵，R21表示第二反射结构204的反射矩阵。T31表示第三反射结构206的透射矩阵，R31表示第三反射结构206的反射矩阵。M1为第一反射光在晶体200中的传输矩阵。M2为第二反射光在晶体200中的传输矩阵。在偏振态测量装置的设计过程中，即使T11，R11，T21，R21，T31，R31为固定值，本申请仍可以通过改变M1或M2来获得最大的ABS。因此，本申请可以提高设计偏振态测量装置的灵活性。下面对如何改变M1或M2进行描述。

根据光学原理，传输矩阵M1表示如下。

其中，β₁表示第一反射光和晶轴201的夹角，δ₁＝2πnd1/λ₁，δ₁表示相位延迟量。λ₁表示第一反射光的波长。d1表示第一反射光的光程，光程为第一反射结构的反射点和第二反射结构的距离。n表示晶体200的折射率。根据上述M1的矩阵可知，通过调整d1，n，λ₁或β₁，可以改变M1。具体地，通过改变入射光的方向，或晶轴的方向可以改变β₁。通过改变晶体的材料可以改变n。通过改变第一反射结构和第二反射结构的距离，可以改变d1。

根据光学原理，传输矩阵M2表示如下。

其中，β₂表示第二反射光和晶轴201的夹角，δ₂＝2πnd2/λ₂，δ₂表示相位延迟量。λ₂表示第二反射光的波长。d2表示第二反射光的光程，光程为第二反射结构的反射点和第三反射结构的距离。n表示晶体200的折射率。与前述类似，通过调整d2，n，λ₂或β₂，可以改变M2。

根据上面的描述可知，通过让第一反射光和第二反射光经过晶体200，可以产生传输矩阵M1和M2。在设计偏振态测量装置的设计过程中，可以通过改变M1或M2来获得最大的ABS。因此，本申请提高了设计偏振态测量装置的灵活性。在图2中，反射结构在晶体200的外部。为了提高偏振态测量装置的稳定性，可以将偏振态测量装置设计为集成器件。此时，反射结构在晶体200的内部。下面对此进行相应的描述。

图3为本申请中提供的偏振态测量装置的另一个结构示意图。如图3所示，偏振态测量装置包括晶体200，反射结构和探测器组。其中，反射结构包括第一反射结构202，第二反射结构204和第三反射结构206。探测器组包括光探测器203，光探测器205，光探测器207和光探测器208。关于入射光在偏振态测量装置中的传输路径的描述可以参考前述图2的相关描述。

此时，第一反射结构202，第二反射结构204和第三反射结构206位于晶体200的内部。晶体200的材料为水晶SiO₂或方解石CaCO₃。晶体200的折射率为1.48至1.65。反射结构是晶体200内部的三个空腔。三个空腔中填充有气体，液体或固定。其中，当空腔中填充有液体或固定时，图3中的偏振态测量装置包括八个元器件。八个元器件包括四个光探测器，3个反射器件和晶体200。在图1所示的偏振态测量装置中，偏振态测量装置包括八个器件。八个器件包括四个光探测器，三个分光棱镜和波片。当空腔中填充有气体时，图3中的偏振态测量装置包括五个器件。五个器件包括四个光探测器和晶体200。因此，当空腔中填充有气体时，本申请可以减少偏振态测量装置的元器件数量。

当空腔中填充有液体时，液体可以是水、乙醇、硅油等。当空腔中填充有固体时，固体可以是电气石、方解石等，当空腔中填充有气体时，气体可以是氮气、氦气等。

在图3中，入射光和第三反射光的传输路径经过晶体200。此时，整个偏振态测量装置的穆勒矩阵为A。ABS＝|det(A)|。ABS＝(M0，T11，R11，M1，T21，R21，M2，T31，R31，M3)。M0为入射光在晶体200中的传输矩阵。M3为第三反射光在晶体200中的传输矩阵。在偏振态测量装置的设计过程中，即使T11，R11，T21，R21，T31，R31为固定值，本申请仍可以通过改变M1，M2，M0或M3来获得最大的ABS。因此，本申请可以进一步提高设计偏振态测量装置的灵活性。M0，M3的矩阵和M1，M2的矩阵类似。关于M0，M3的相关描述，可以参考前述M1，M2的描述。

在图3中，光探测器和反射结构分离。此时，晶体200中包括七个空腔。七个空腔分别和四个光探测器、三个反射结构一一对应。在加工偏振态测量装置的过程中，需要在晶体200中刻蚀七个空腔。在加工过程中，空腔的数量越多，加工的成本越高。为此，本申请可以减少晶体200中空腔的数量。下面对此进行描述。

图4为本申请中提供的偏振态测量装置的另一个结构示意图。如图4所示，偏振态测量装置包括晶体200，反射结构和探测器组。反射结构包括第一反射结构202，第二反射结构204和第三反射结构206。探测器组包括透射光探测器和反射光探测器。透射光探测器包括光探测器203，光探测器205和光探测器207。反射光探测器包括光探测器208。透射光探测器分别设置于第一反射结构202，第二反射结构204和第三反射结构206的出光面。具体地，光探测器203设置在第一反射结构202的出光面。光探测器205设置在第二反射结构204的出光面。光探测器207设置在第三反射结构206的出光面。光探测器208设置在第三反射结构206的反射面。

此时，晶体200中包括三个空腔。其中，一个空腔容纳光探测器203和第一反射结构202。另一空腔容纳光探测器205和第二反射结构204，最后一个空腔容纳光探测器207，第三反射结构206和光探测器208。因此，本申请可以减少晶体200中空腔的数量，降低加工成本。相应的，在图4中，由于减小了光探测器和反射结构的距离，也相应减小了晶体的体积。其中，晶体的体积即为偏振态测量装置的体积，因此，本申请减小了偏振态测量装置的体积。

偏振态测量装置的体积不仅与光探测器的位置相关，还与入射光与第一反射结构的夹角相关。具体地，假设第一反射结构202的反射点的坐标为(a，b)。第二反射结构204的反射点的坐标为(c，d)。第三反射结构206的反射点的坐标为(e，f)。光探测器208的坐标为(g，h)。第一反射结构202的反射面和晶轴201的夹角为a₁。第二反射结构204的反射面和晶轴201的夹角为a₂。第三反射结构206的反射面和晶轴201的夹角为a₃。第一反射结构202的反射点到第二反射结构204的反射点的距离为L₁(第一反射光的光程)。第二反射结构204的反射点到第三反射结构206的反射点的距离为L₂(第二反射光的光程)。第三反射结构206的反射点到光探测器208的距离为L₃(第三反射光的光程)。

此时，第二反射结构204，第三反射结构206，光探测器208的相对坐标可以用于以下公式表示：

c＝a+cos(2a₁)L₁

d＝b+sin(2a₁)L₁

e＝c-cos(2a₁-2a₃)L₂

f＝d-sin(2a₁-2a₃)L₂

g＝e-cos(2a₃-2a₁-2a₅)L₃

h＝f+sin(2a₁-2a₃+2a₅)L₃

当L₁等于5毫米，L₂等于4毫米，L₃等于3毫米，a₂等于20°，a₃等于10°时，可以根据上述公式计算各个反射结构和光探测器208的坐标。具体地，如表一所示。在表一中，当入射光平行于晶轴201时，入射光和第一反射结构202的夹角即为第一反射结构202的反射面和晶轴201的夹角为a₁。当a₁不同时，各个反射结构和光探测器208的坐标不同。例如，当a₁等于30°时，a等于8.00，b等于3.00，c等于10.50，d等于7.33，e等于6.74，f等于5.96，g等于4.44，h等于7.89。当a₁等于35°，40°和50°时，具体请查阅表一或图5。图5为本申请中提供的反射结构和光探测器208的位置示意图。

表一

根据上面的描述可知，当a₁不同时，各个反射结构和光探测器208的坐标不同。由于各个反射结构和光探测器208的坐标不同，入射光的光程(L₁+L₂+L₃)也不同。如表一所示，当a₁等于30°时，入射光的光程等于53.86。当a₁等于35°时，入射光的光程等于48.46。当a₁等于40°时，入射光的光程等于55.19。当a₁等于50°时，入射光的光程等于47.66。入射光的光程越小，偏振态测量装置的体积一般越小。而入射光的光程和a₁相关。因此，为了获得较小体积的偏振态测量装置，本申请可以限定入射光和第一反射结构的反射平面的夹角为43度至74度。

在前述图2，图3或图4中，除了M1和M2，反射矩阵和透射矩阵也会影响偏振态测量装置的穆勒矩阵A的ABS。例如，反射矩阵包括R11和R21，透射矩阵包括T11和T21。根据ABS＝|det(A)|＝(T11，R11，M1，T21，R21，M2，T31，R31)可知，通过改变反射矩阵或透射矩阵，也可以改变ABS的值，从而获得最大的ABS。下面以反射矩阵R11为例，对此进行描述。

根据光学原理，反射矩阵R11表示如下。

其中，p为第一反射结构202的消光比，λ₃为第一透射光与第一反射光的夹角。下面对改变R11的方式进行相关描述。

首先，第一反射结构202的材质影响消光比和折射率。折射率影响第一透射光与入射光的夹角。因此，通过改变第一反射结构202的材质，可以改变反射矩阵R11。特别地，为了进一步提高设计偏振态测量装置的灵活性，在其他实施例中，第一反射结构202，第二反射结构204和第三反射结构206存在不同的介质。例如，第一反射结构202和第二反射结构204的介质为水，第三反射结构206的介质为硅油。或者，第一反射结构202的介质为水，第二反射结构204的介质为玻璃，第三反射结构的介质为空气206。

其次，当第一反射结构202的反射面设置有膜系时，膜系会改变第一反射结构202消光比，进而改变反射矩阵R11。膜系可以是增透膜或增反膜。膜系的层数可以是一层或多层。并且，膜系可以减少光强度的损耗。例如，当第一反射结构202的反射面设置有增反膜时，增反膜可以降低入射光在反射面的损耗，提高第一反射光的强度。当第一反射结构202的反射面设置有增透膜时，增透膜可以降低入射光在反射面的损耗，提高第一透射光的强度。

最后，晶体200的折射率会影响第一反射结构202的消光比。当晶体200的折射率不同时，第一反射结构202的消光比不同。假设晶体200的折射率为n1。第一反射结构202的折射率为n2。第二反射结构204的折射率为n3。第三反射结构206的折射率为n4。当n₂＜n₁时，第一反射光会产生半波损失。半波损失造成反射光相位跳变，增大其反射矩阵R11的秩，从而提高穆勒矩阵A的ABS。类似的，当n₃＜n₁，n₄＜n₁时，第二反射光和第三反射光会产生半波损失。因此，为了提高穆勒矩阵A的ABS，本申请可以限定n₂＜n₁，n₃＜n₁，n₄＜n₁。

在其他实施例中，为了提高第一折射光的光强度，可以限定

α为入射光在第一反射结构202上的入射角。

上面对本申请中的偏振态测量装置进行了描述，下面对本申请中的偏振态测量方法进行描述。图6为本申请中提供的偏振态测量方法的流程示意图。如图6所示，偏振态测量方法包括以下步骤。

在步骤601中，根据偏振态测量装置获取入射光的四个光强度I。

偏振态测量装置可以是前述图2，图3或图4中任意一个实施例中的偏振态测量装置。偏振态测量装置包括探测器组。探测器组包括光探测器203，光探测器205，光探测器207和光探测器208。光探测器203用于测量第一透射光的光强度i₀。光探测器205用于测量第二透射光的光强度i₁。光探测器207用于测量第三透射光的光强度i₂。光探测器208用于测量第三反射光的光强度i₃。

在步骤602中，根据公式S＝A^-1I获取第一斯托克斯参数S₀，S₁，S₂和S₃。其中，S＝(S₀，S₁，S₂，S₃)^T，I＝(i₀，i₁，i₂，i₃)^T，穆勒矩阵A为4×4的矩阵。

穆勒矩阵A由偏振态测量装置中的各个传输矩阵，反射矩阵和透射矩阵决定。具体地，在图3中，穆勒矩阵A和M0，T11，R11，M1，T21，R21，M2，T31，R31，M3相关。在实际应用中，根据传输矩阵，反射矩阵和透射矩阵直接计算穆勒矩阵A较为困难，并且可能存在较大的误差。为此，本申请可以采用标定的方法获取穆勒矩阵A。下面对此进行描述。

用偏振态测量装置测量偏振态已知的一束入射光，获得第一组光强度i₀₀，i₀₁，i₀₂和i₀₃。一束入射光的偏振态用第一组斯托克斯参数表示。第一组斯托克斯参数包括S₀₀，S₀₁，S₀₂和S₀₃。类似的，用偏振态测量装置测量偏振态已知的其它三束入射光，获得三组光强度。三组光强度包括第二组光强度，第三组光强度和第四组光强度。第二组光强度包括i₁₀，i₁₁，i₁₂和i₁₃。第三组光强度包括i₂₀，i₂₁，i₂₂和i₂₃第四组光强度包括i₃₀，i₃₁，i₃₂和i₃₃。三束入射光对应三组斯托克斯参数。三组斯托克斯参数包括第二组斯托克斯参数，第三组斯托克斯参数和第四组斯托克斯参数。第二组斯托克斯参数包括S₁₀，S₁₁，S₁₂和S₁₃。第三组斯托克斯参数包括S₂₀，S₂₁，S₂₂和S₂₃。第四组斯托克斯参数包括S₃₀，S₃₁，S₃₂和S₃₃。为了提高穆勒矩阵A的准确性，四束入射光的偏振态不同，即四组斯托克斯参数不同。

四组光强度作为4×4的矩阵I₁，四组斯托克斯参数作为4×4的矩阵S₁。根据公式A＝I₁S₁ ^-1计算穆勒矩阵A。具体如下：

在其他实施例中，在根据公式S＝A^-1I获取第一斯托克斯参数后，还可以根据偏振态测量装置获取入射光的第二斯托克斯参数S4，S5，S6和S7。根据第二斯托克斯参数和第一斯托克斯参数获取入射光的偏振态的变化速率。具体地，可以采用以下公式计算变化速率P。

上面对本申请中的偏振态测量方法进行了描述，下面对本申请中的斯托克斯参数测量装置进行描述。图7为本申请中提供的斯托克斯参数测量装置的结构示意图。如图7所示，斯托克斯参数测量装置701包括偏振态测量装置702和处理单元703。

其中，偏振态测量装置702可以参考前述图2，图3或图4中的偏振态测量装置。处理单元703可以是现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、单片机、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。处理单元703用于从偏振态测量装置702获取四个光强度，向处理单元703发送四个光强度。处理单元703用于根据四个光强度得到斯托克斯参数S₀，S₁，S₂和S₃。

上面对本申请中的斯托克斯参数测量装置进行了描述，下面对本申请中的偏振态测量系统进行描述。图8为本申请中提供的偏振态测量系统的结构示意图。如图8所示，偏振态测量系统包括发送端801，分束器802和偏振态检测装置804。发送端801和分束器801通过光纤相连，分束器和偏振态测量装置804相连。

其中，发送端801用于通过光纤向分束器802发送信号光。分束器802用于根据信号光得到入射光。偏振态测量装置804用于测量入射光的光强度，得到入射光的偏振态。偏振态检测装置804可以参考前述图2，图3或图4中的偏振态测量装置。

在其他实施例中，偏振态测量系统还包括接收端803。发送端801具体用于通过光纤向接收端803发送信号光。分束器802用于将信号光分束为解调光和入射光，分束器802用于向接收端803发送解调光。接收端803和发送端801可以是基站，电脑，路由器或交换机等具有光接收模块或光发送模块的光通信设备。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种偏振态测量装置，其特征在于，包括：

晶体，反射结构和探测器组；

所述反射结构包括第一反射结构，第二反射结构和第三反射结构；

当入射光入射到所述第一反射结构时，产生第一反射光和第一透射光；

所述第一反射光入射至所述第二反射结构，产生第二反射光和第二透射光；

所述第二反射光入射至所述第三反射结构，产生第三反射光和第三透射光；

其中，所述第一反射光和所述第二反射光的传输路径经过所述晶体；

所述探测器组用于测量所述第一透射光，所述第二透射光，所述第三透射光和第三反射光的四个光强度，所述四个光强度用于得到所述入射光的偏振态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射结构在所述晶体内部。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述探测器组包括透射光探测器和反射光探测器；

所述透射光探测器用于测量所述第一透射光，所述第二透射光，所述第三透射光的光强度，所述反射光探测器用于测量所述第三反射光的光强度；

其中，所述透射光探测器分别设置于所述第一反射结构，所述第二反射结构和所述第三反射结构的出光面。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述反射光探测器设置于所述第三反射结构的反射面。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述反射结构是所述晶体内部的三个空腔。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述三个空腔填充有气体。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一反射结构，所述第二反射结构和所述第三反射结构存在不同的介质。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一反射结构，所述第二反射结构和所述第三反射结构的反射平面垂直于同一平面。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述入射光和所述第一反射结构的反射平面的夹角为43度至74度。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，所述反射结构的反射面设置有增透膜或增反膜。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的装置，其特征在于，所述晶体的折射率大于所述反射结构的折射率。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的装置，其特征在于，所述晶体的材料为水晶SiO₂或方解石CaCO₃。

13.根据权利要求1至12中任意一项所述的装置，其特征在于，所述晶体的折射率为1.48至1.65。

14.一种斯托克斯参数测量装置，其特征在于，包括：处理单元和前述权利要求1至13中任意一项所述的偏振态测量装置；

所述处理单元用于从所述偏振态测量装置获取四个光强度，根据所述四个光强度得到斯托克斯参数S₀，S₁，S₂和S₃。

15.一种偏振态测量方法，其特征在于，包括：

根据前述权利要求1至13中任意一项所述的偏振态测量装置获取入射光的四个光强度i₀，i₁，i₂和i₃；

根据公式S＝A^-1I获取第一斯托克斯参数S₀，S₁，S₂和S₃；

其中，S＝(S₀，S₁，S₂，S₃)^T，I＝(i₀，i₁，i₂，i₃)^T，穆勒矩阵A为4×4的矩阵。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述光强度测量装置获取四束入射光的四组光强度，每组光强度和每束入射光一一对应，每组光强度包括四路光强度；

获取四束入射光的四组斯托克斯参数，每束入射光和每组斯托克斯参数一一对应；

根据A＝I₁S₁ ^-1获取所述穆勒矩阵A；

其中，I₁为所述四组光强度组成的4×4矩阵，S₁为所述四组斯托克斯参数组成的4×4矩阵。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据前述权利要求1至13中任意一项所述的偏振态测量装置获取所述入射光的第二斯托克斯参数；

根据所述第二斯托克斯参数和所述第一斯托克斯参数获取所述入射光的偏振态的变化速率。

18.一种偏振态测量系统，其特征在于，包括：

发送端，分束器和前述权利要求1至13中任意一项所述的偏振态测量装置；

其中，所述发送端和所述分束器通过光纤相连，所述分束器和所述偏振态测量装置相连；

所述发送端用于通过所述光纤向所述分束器发送信号光；

所述分束器用于根据所述信号光得到入射光；

所述偏振态测量装置用于根据所述入射光得到所述入射光的偏振态。

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