CN115752734A - 偏振态检测方法和偏振态检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电磁波领域，具体提供了一种偏振态检测方法和装置，该方法利用偏振态检测器件进行检测，该方法包括：将待检测波束输入偏振态检测器件，得到正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束；利用偏振片获取第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角，根据方位角确定第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差；利用偏振片分别获取第一贝塞尔波束的第一振幅和第二贝塞尔波束的第二振幅，根据第一振幅和第二振幅得到振幅比；根据相位差和振幅比计算出待检测波的偏振态。通过该偏振态检测方法，能够简化太赫兹与毫米波的偏振态检测过程，促进了检测设备小型化和集成化。

Description

偏振态检测方法和偏振态检测系统

技术领域

本申请涉及电磁波领域，尤其涉及一种偏振态检测方法和偏振态检测系统。

背景技术

目前，波的偏振态的相关研究可以应用于探测、通信和传感等领域。传统的偏振态检测方法分为两大类，一类是单光路测量法，通过旋转光学组件(如偏振器和波片)或者引入电光调制晶体以完成一系列偏振态测量，另一类是多光路测量法，利用分束元件将入射光束分为多个光路并使用多个偏振器和检测器来进行平行测量或者通过干涉探测检测偏振态。传统的偏振检测方法的光学系统复杂，光路长，若用于检测太赫兹与毫米波，那么太赫兹与毫米波在传播过程中会因为分子吸收而导致严重的信号衰减，进而影响太赫兹与毫米波的偏振态检测的准确性，也不利于太赫兹与毫米波的偏振检测系统的小型化。

发明内容

本申请提供了一种偏振态检测方法和偏振态检测系统，旨在实现太赫兹与毫米波的偏振态检测器件的小型化，简化偏振态检测的步骤，提高偏振态检测的准确性。

第一方面，本申请提供了一种偏振态检测方法，该偏振态检测方法利用偏振态检测器件进行检测，偏振态检测器件包括：具有预设厚度的金属本体和设置在金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列，单个矩孔单元用于实现两个正交极化波束的控制，该方法包括：将待检测波束输入偏振态检测器件，得到正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束；利用偏振片获取第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角，根据方位角确定第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差；利用偏振片分别获取第一贝塞尔波束的第一振幅和第二贝塞尔波束的第二振幅，根据第一振幅和第二振幅得到振幅比；根据相位差和振幅比计算出待检测波的偏振态。

第二方面，本申请还提供了一种偏振态检测系统，该偏振态检测系统包括：偏振态检测器件、偏振片、检测仪和检测装置；偏振态检测器件具有预设厚度的金属本体和设置在金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列，单个矩孔单元用于实现两个正交极化波束的控制，偏振态检测器件用于将待检测波束转化为正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束；检测仪用于获取第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的干涉图样，干涉图样包括干涉减弱区域和干涉增强区域；检测仪还用于获取第一贝塞尔波束的第一振幅和第二贝塞尔波束的第二振幅；检测装置根据干涉图样的干涉减弱区域或干涉增强区域计算对应的方位角，并根据方位角计算第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差，检测装置还用于根据相位差、第一振幅和第二振幅计算出待检测波的偏振态。

本申请公开了一种偏振态检测方法，该偏振态检测方法利用偏振态检测器件进行检测，偏振态检测器件包括：具有预设厚度的金属本体和设置在金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列，单个矩孔单元用于实现两个正交极化波束的控制，该偏振态检测方法至少包括如下步骤：将待检测波束输入偏振态检测器件，得到正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束；利用偏振片获取第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角，根据方位角确定第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差；利用偏振片分别获取第一贝塞尔波束的第一振幅和第二贝塞尔波束的第二振幅，根据第一振幅和第二振幅得到振幅比；根据相位差和振幅比计算出待检测波的偏振态。通过本申请提出的偏振态检测方法，通过小型化的偏振态检测器件将待检测波束正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束，由于两个正交偏振波的相位差与干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角有直接对应关系，通过测量方位角实现了对相位差的实时测量，再结合第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的振幅比，实现了对待检测波束的偏振态的测量。这样，能够简化太赫兹与毫米波的偏振态检测过程的步骤，无需搭建复杂庞大的检测系统，促进了检测器件的小型化。

附图说明：

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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是本申请的实施例提供的一种偏振态检测方法的示意流程图；

图2是本申请的实施例提供的一种生成贝塞尔波束的示意图；

图3是本申请的实施例提供的一种干涉图样；

图4是本申请的实施例提供的一种第一关系表；

图5是本申请的实施例提供的一种第二关系表；

图6是本申请的实施例提供的一种产生贝塞尔波束的示意图；

图7是本申请的实施例提供的一种贝塞尔波束的在yz截面上x偏振波的光强分布图；

图8是本申请的实施例提供的一种贝塞尔波束的在yz截面上y偏振波的光强分布图；

图9是本申请的实施例提供的一种xy截面上x偏振波的光强分布图；

图10是本申请的实施例提供的一种xy横截面上y偏振波的光强分布图；

图11是本申请的实施例提供的一种仿真实验的干涉图样；

图12是本申请的实施例提供的一种实物实验的干涉图样；

图13是本申请的实施例提供的一种仿真实验的干涉图样；

图14是本申请的实施例提供的一种实物实验的干涉图样；

图15是本申请的实施例提供的一种偏振态检测系统的结构示意图。

主要部件标号及说明：

100、偏振态检测系统；11、偏振态检测；12、偏振片；13、检测仪；14、检测装置；15、准直透镜。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

在本申请中，太赫兹与毫米波：指频率在0.03THz～10THz(波长在10mm～30μm)之间的电磁波。

为了实现太赫兹与毫米波的偏振态检测器件的小型化，以及简化偏振态检测的步骤，并保证偏振态检测的准确性，本申请提供了一种偏振态检测方法。

请参阅图1，图1展示了一种偏振态检测方法的示意流程图。如图1所示，本申请提供一种偏振态检测方法，该偏振态检测方法利用偏振态检测器件进行检测，偏振态检测器件包括：具有预设厚度的金属本体和设置在金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列，单个矩孔单元用于实现两个正交极化波束的控制，该偏振态检测方法的具体步骤至少包括：S101-S104。

S101、将待检测波束输入偏振态检测器件，得到正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束。

如图2所示，以偏振态检测器件的横截面所在的平面作为x轴和y轴所在的平面建立三维坐标系，z轴为垂直于待检测器件的横截面的方向，将待检测波束沿z轴方向输入偏振态检测器件的入射面，通过待检测器件上的矩孔单元的调控，在出射面得到正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束。

本申请实施例提供的矩孔单元为亚波长的矩形金属孔，是一种可实现相位控制、极化控制和振幅控制的类超表面结构，可以看作是一种金属波导。基于波导理论，每个矩孔单元能够产生两个正交偏振的导模(TE01模和TE10模)，因此，在本申请中，通过对矩孔单元的尺寸和排布进行精细设置，单个矩孔单元能够实现两个正交极化波束的控制。此外，该技术还能用于动态矢量的光学全息技术以及用于产生复杂结构的光。

示例性的，待检测波束为正交的太赫兹与毫米波波束，待检测波束经过偏振态检测器件转化后，得到正交偏振的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束。

在一些实施例中，第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束为涡旋波束，两者的强度分布一致，第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的拓扑数分别为±1，需要说明的是，通过改变矩孔单元的边长和布局等参数，本申请还可以得到拓扑数为±m的贝塞尔波束，其中m为正整数。

在一些实施例中，在将待检测波束输入检测偏振器件之前，先通过准直透镜对待检测波束进行准直，再将准直的待检测波束输入待检测偏振器件。通过对待检测波束进行准直，能够提高待检测波束的稳定性，从而提高检测结果的准确性。

在一些实施例中，待检测波束可以是太赫兹与毫米波波束，也可以是其他频段的波束。

通过本申请实施例提供的偏振态检测器件，能够将太赫兹波束或毫米波波束转化为贝塞尔波束，且转化所需的光路简单，降低了太赫兹与毫米波波束在传输过程中的损耗，从而提高了检测结果的准确性。同时，该器件还能应用在其他频段的波束，在探测、通信和传感等领域具有很大的应用潜力。

S102、利用偏振片获取第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角，根据方位角确定第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差。

贝塞尔波束是自由空间亥姆霍兹波动方程的解，通过方程(1)描述在柱面坐标系中沿z轴传播的m阶贝塞尔波束，方程(1)的公式为：

E(r,θ,z)＝A·exp(ik_zz)·J_m(k_rr)·exp(±imθ)；

式中，A为与振幅有关的常数，k_z和k_r分别为径向和光束传播方向的波数，r为径向半径，且满足等式

(λ为波长)，J_m为第一类m阶贝塞尔函数，m为拓扑数，θ＝arctan(y/x)为涡旋相位分布。方程(1)表明贝塞尔光束的横向强度分布与z坐标无关，这导致了它们的无衍射特性，且exp(±imθ)项表明任何高阶贝塞尔光束都必须携带轨道角动量。

在任意给定截面(z＝z₀)，可以通过方程(2)来描述贝塞尔波束，方程(2)的公式为：

E(r,θ)＝A₀J_±m(k_rr)exp(±imθ)；

式中，A₀＝A·exp(ik_zz₀)，A₀代表在给定截面z＝z0处的与复振幅相关的常数。

由于任何一种偏振态都可以用特定正交偏振态的两个琼斯矢量的线性组合来表示，可以通过方程(3)来描述在笛卡尔坐标系中的一对正交单色平面波，方程(3)的公式为：

式中，A_x(r,θ)和A_y(r,θ)分别表示x轴和y轴方向上的偏振波的振幅，且入射两正交线偏振的初始相位差为

那么，如果太赫兹与毫米波的两正交分量分别转化为拓扑数相反的m阶贝塞尔波束，可以通过方程(4)来描述在预设角度上的干涉场分布E₄₅(r,θ)，预设角度为与第一贝塞尔波束的偏振方向(即x轴)的夹角，预设角度为45°，方程(4)的具体公式为：

式中，

和

分别代表在x偏振和y偏振在任意给定截面z＝z₀处的振幅，均为常数。θ_d为第一贝塞尔涡旋波束和第二贝塞尔波束的干涉图样的方位角。

方程(5)描述了两个正交的偏振波的相位差与干涉增强(或减弱)的方位角的对应关系，方程(5)的具体公式为：

式中，θ_d为干涉图样的方位角，当m＝1且n＝0时，方程(5)可以写为：

因此，在本申请中，可以通过观察第一贝塞尔涡旋波束和第二贝塞尔波束的干涉图样的方位角实现对第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差的实时测量，因此，本申请的测量方法能实现对非稳定偏振态波束的实时测量，也能实现对稳定偏振态波束的实时测量和非实时测量。通过方位角实现对相位差的测量，所需要的测量时间极短，能够应用于连续的非稳定态的待检测波束的实时检测中，用于实时地反映待检测波束的偏振态变化。

在本申请中，将偏振片放置在偏振态检测器件和检测仪器之间，且偏振片位于偏振态检测器件在波束传播方向上的后方，通过线性的偏振片和检测仪器观测在预设的偏振角度上的干涉图样，进而根据干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角计算第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差。

需要说明的是，在本申请实施例中，偏振片的偏振角度为与第一贝塞尔波束的偏振方向(即x轴)在逆时针方向上的夹角。

请参阅图3，图3展示了一种干涉图样的示意图。如图3所示，在x轴和y轴所在平面，在偏振角度为45°的方向上的干涉图样中，包括干涉减弱区域和干涉增强区域，其中，干涉增强区域为干涉图像的两个高亮的瓣束，两个瓣束的对称线与x轴的夹角为干涉增强区域对应的的方位角。

在另外一些实施例中，还可以根据干涉图样中的干涉减弱区域计算对应的方位角，干涉增强区域与干涉减弱区域构成同心圆环。在该同心圆环中，高亮区为干涉增强区域，其他区域为干涉减弱区域。

在本申请中，通过对第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域方位角进行测量，得到第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差，其步骤简单，无需设置复杂的光路，简化了测量过程。

S103、利用偏振片获取第一贝塞尔波束第一振幅和第二贝塞尔波束的第二振幅，根据第一振幅和第二振幅得到振幅比。

在本申请中，调整偏振片的偏振角度为0°和90°，利用检测仪器分别在两个偏振角度观测第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的第一图样和第二图样，从而得到第一贝塞尔波束的振幅

和第二贝塞尔波束的振幅

第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的振幅比α为

和

的比值，其中，

S104、根据相位差和振幅比计算出待检测波的偏振态。

示例性的，利用琼斯矩阵，根据相位差和振幅比确定待检测波的偏振态；琼斯矩阵的公式为：

式中，E_x为待检测波束在x轴所在平面上的第一复振幅，E_x包括待检测波束在x轴所在平面上的振幅和相位；E_y为待检测波束在y轴所在平面的第二复振幅，E_y包括待检测波束在y轴所在平面上的振幅和相位。

在一个实施例中，得到第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差和振幅比后，还可以通过斯托克斯(Stokes)参数法计算待检测波的偏振态。

示例性的，用四个参量(S₀ S₁ S₂ S₃)来描述波束的偏振态。S₀表示总振幅，S₁表示水平偏振振幅与垂直偏振振幅之差，S₂表示+45°偏振振幅与-45°偏振振幅之差,S₃表示右旋圆偏振振幅与左旋圆偏振振幅之差。对于完全偏振光，S₀＝S₁+S₂+S₃。Stokes参数对应在斯托克斯球上，球上的每一个点都代表某个确定的偏振状态。斯托克斯方程为：

S₀＝S₁+S₂+S₃。

在本申请实施例提供的偏振态检测方法中，通过小型化的偏振态检测器件将待检测波束正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束，通过对第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的方位角进行测量以实现对相位差的测量，再结合第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的振幅比，实现了对待检测波束的偏振态的测量。这样，能够简化太赫兹与毫米波的偏振态检测过程的步骤，无需搭建复杂庞大的检测系统，促进了检测器件的小型化。

为了实现上述的偏振态检测方法，本申请实施例提供了一种偏振态检测器件的设计方案。

在本申请实施例中，偏振态检测器件包括：具有预设厚度的金属本体和设置在金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列。根据波导理论，当矩形波导的矩孔边长在λ/2n和λ/n之间，n为金属孔中介质的折射率，入射波束的第二方向偏振分量可以激发出沿第二方向方向偏振的TE10模，然而入射波束的第一方向偏振分量可以激发出沿第一方向偏振的TE01模，TE10模和TE01模相互正交。

在一些实施例中，第一关系表用于表征矩孔单元的边长与相位延迟之间映射关系，可通过COMSOL Multiphysics软件独立调整矩孔边长，参数化扫描不同的矩孔边长得到的相位延迟数据，从而形成第一关系表。

在一些实施例中，第二关系表用于表征矩孔单元的边长与透过率之间映射关系，可通过COMSOL Multiphysics软件参数化扫描不同的矩孔边长得到的透过率数据，从而形成第二关系表。

示例性的，为验证矩孔单元的边长对波束的影响，使用COMSOL Multiphysics仿真软件设置1个铝制的矩孔波导单元，并将Floquet周期性边界条件用于铝制的矩孔波导单元的四个边，以模拟无限大的二维矩孔波导单元阵列。在COMSOL Multiphysics仿真软件中，改变铝制的矩孔波导单元的在x轴方向上的第一边长和y轴方向上的第二边长，使用太赫兹与毫米波波束扫描铝制的矩孔波导单元的边长，并通过origin画图软件整理数据，得到如图4所示的边长与相位延迟的第一关系表，以及如图5所示的边长与透过率的第二关系表，其中a为矩孔单元在x轴方向上的边长，b为矩孔单元在y轴方向上的边长。由于单元的对称性，入射波束沿第一方向偏振时，产生的相位延迟与矩孔单元的两个侧边(第一边长，第二边长)的关系图与沿第二方向方向偏振时产生的关系图关于对角线对称，其透过率与矩孔两侧边(第一边长，第二边长)的关系图也关于对角线对称。

在一些实施例中，如图4和图5所示，根据第一关系表和第二关系表选择矩孔单元的预设数量的边长组合，例如，预设数量为64。64个金属矩形孔的尺寸在图4中的实心原点位置被表示。被选择出来孔相位延迟覆盖0～2π，且x偏振分量与y偏振分量的间隔均为π/4。此外，由于异常透射，所选矩孔单元的对应图5的透过率都大于90％，高的透射率便于对波进行有效的调控。

通过提高上述边长组合的预设数量，能够提高矩孔单元的精度，从而提高偏振态检测单元的精度，进而提高偏振态检测结果的准确性。

在一些实施例中，根据相位延迟图和上述预设数量的边长组合确定矩孔单元的目标边长组合。

在本申请的实施例中，相位延迟图为根据预设的贝塞尔波束的倾斜角、贝塞尔波束的涡旋相位分布和贝塞尔波束转换公式确定的。

为了形成贝塞尔波束，需要将波束按照一定的倾斜角射出，该倾斜角的取值范围为：5°-85°。

如图6所示，为了在出射面得到0阶贝塞尔波束，在出射面的贝塞尔光束沿着z轴的相位延迟应该满足下列公式：

式中：β为波前的倾斜角；k₀为波矢，r为径向半径。

对于±m阶的贝塞尔波束，其贝塞尔波束转换公式为：

m为拓扑数，θ为涡旋相位分布，r为目标面的贝塞尔波束的径向截面半径。

相位延迟图确定了在出射面形成贝塞尔波束所需的单元的相位延迟，相位延迟的周期为[0，2π]，根据相位延迟图对矩孔单元进行选择和布局，即可在出射面形成贝塞尔波束。

为了得到矩孔单元的目标边长组合，可以根据相位延迟图先确定每个矩孔单元对应的相位延迟，再根据每个矩孔单元对应的相位延迟从边长组合中确定目标边长组合。

在一些实施例中，根据相位延迟图、第一关系表和第二关系表确定每个矩孔单元的目标边长组合，包括：

根据相位延迟图得到每个矩孔单元对应的相位延迟区间，相位延迟的周期为[0，2π]，相位延迟区间按照预设阶数对[0，2π]进行划分；根据矩孔单元对应的相位延迟区间和第一关系表确定矩孔单元120的边长组合的长度区间；根据矩孔单元的边长组合的长度区间、第二关系表和预设透过率条件可得到矩孔单元的目标边长组合。预设条件包括：1、所选取的边长组合的参考单元的第一边长和第二边长所对应的透过率不能小于预设值，例如该预设值可设置为90％，同时第一边长和第二边长所对应的透过率的平均值最大或者两者的差值最小。2、所选取的边长的参考单元的第一边长和第二边长所对应的透过率同时为区间内最大。

在一些实施例中，金属本体还包括将介质加工成上述形状，然后在介质表面镀一层电磁波无法穿透的金属膜，从而等效实现上述偏振态检测器件。

在一些实施例中，将不同于金属本体材质的介质填充矩孔单元120中，所述介质包括：空气，空气的折射率n＝1。为了提高波束信号的调控能力，还可以在矩孔单元中添加对所用电磁波透明的特殊介质，以实现更好的相位延迟调控。

在一些实施例中，金属本体的厚度与入射波的波长相关，预设厚度的取值范围为λ-10λ，λ表示入射波的波长，入射波波长的取值范围0.03mm-10mm。在一个优选的实施例中，金属本体的厚度为6mm。

在一些实施例中，多个矩孔单元呈周期性排列，且矩孔单元之间对应的间距T为0.5λ/n～λ，λ表示入射波的波长，n表示金属孔中介质的折射率。在一个优选的实施例中，矩孔单元之间对应的间距T为为2mm。

如图7-10所示，为了表征贝塞尔波束的无衍射特性，通过偏振态检测器件产生贝塞尔波束，利用偏振片在偏振方向为0°和90°上分别探测z＝50mm、55mm、60mm处的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的光强分布，振幅为光强和常数系数的乘积，从而得到了第一贝塞尔波束在x轴所在方向的振幅分布和第二贝塞尔波束在y轴所在方向的振幅分布，可以看出，随着传输距离的增加，贝塞尔波束也表现出明显的无衍射特征，偏振分量表现出涡旋的分布特征，中心光环几乎保持相同的大小。通过在无衍射区域内对贝塞尔波束进行检测，验证贝塞尔波束无衍射的特性。

为了验证正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差和干涉图样的方位角的关系，本申请实施例通过COMSOL仿真提供了多种相位差的贝塞尔波的干涉图样。根据方程(5)，当m＝1时，

和270°，通过偏振角度为45°的偏振片观测干涉图样，得到如图11所示的干涉图样，干涉图样中的

由此可证明相位差和方位角的关系。

为了验证正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差和干涉图样的方位角的关系，本申请还通过对偏振态检测器件进行实际测量提供了多种相位差的贝塞尔波的干涉图样。如图12所示，经过偏振态检测器件产生相位差为

的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束，

和270°，通过偏振角度为45°的偏振片观测干涉图样，得到如图12所示的干涉图样，干涉图样中的

实验结果和仿真结果一致。

为了验证偏振态检测器件能够对任意的偏振状进行测量，在本申请实施例中，还对不同振幅比的正交偏振波进行了测量。

示例性的，在COMSOL中进行仿真，输入振幅比为

的正交偏振波束，并将偏振态检测器沿着截平面顺时针选择旋转

测量z＝50mm处的COMSOL的仿真强度分布，测量结果如图13所示。

为了验证偏振态检测器件的实际效果，本申请中还通过偏振片在0°，90°，45°的偏振角度上对偏振态检测器件产生进行实物测量。根据上述仿真测量过程采用的条件对偏振态检测器件进行实物实验，实验结果如图14所示。

根据图13和图14的对比结果可知，仿真强度分布及实际强度分布都非常吻合，本申请实施例提供的偏振态检测器件适用于测量正交偏振分量的振幅比不一致的波束。

如图15所示，本申请的实施例还提供了一种偏振态检测系统100，该偏振态检测系统包括：偏振态检测器件11、偏振片12、检测仪13、检测装置14和准直透镜16。

在一些实施例中，通过准直透镜15对待检测波束进行准直，将准直后的波束输入偏振态检测器件11，这样，有利于提高检测的准确性。

偏振态检测器件11具有预设厚度的金属本体和设置在金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列，单个矩孔单元用于实现两个正交极化波束的控制，偏振态检测器件11用于将待检测波束转化为正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束。偏振态检测器件11还可以是本申请实施例中提供的任意一种偏振态检测器件。

偏振片12用于使第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束从预设的偏振角度通过。

在一些实施例中，偏振片12位于偏振态检测器件11在波束传播方向上的后方，且偏振片12位于检测仪13在波束传播方向上的前方。

检测仪13用于获取第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的方位角，检测仪13还用于获取第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的振幅比。

在一些实施例中，检测仪13可以是PYIII摄像机，PYIII相机可以在整个太赫兹与毫米波频率范围(0.03～10THz)内工作，有效面积为1.24cm×1.24cm，由124×124像素组成，像素间隔为0.1mm。在本申请中，检测仪13还可以是PYIII摄像机之外的检测设备，PYIII摄像机不用于限定本申请实施例中的检测仪13。

检测装置14用于根据方位角计算第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束的相位差，检测装置14还用于根据相位差和振幅比计算出待检测波的偏振态。

在一些实施例中，检测装置14可以是具有计算能力的终端设备或服务器。终端设备包括平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理等电子设备。服务器可以为独立的服务器，也可以为服务器集群。

以上所述，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种偏振态检测方法，其特征在于，所述偏振态检测方法利用偏振态检测器件进行检测，所述偏振态检测器件包括：具有预设厚度的金属本体和设置在所述金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列，单个矩孔单元用于实现两个正交极化波束的控制，所述方法包括：

将待检测波束输入所述偏振态检测器件，得到正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束；

利用偏振片获取所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角，根据所述方位角确定所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的相位差；

利用偏振片分别获取所述第一贝塞尔波束的第一振幅和所述第二贝塞尔波束的第二振幅，根据所述第一振幅和所述第二振幅得到振幅比；

根据所述相位差和所述振幅比计算出所述待检测波的偏振态。

2.如权利要求1所述的偏振态检测方法，其特征在于，所述利用偏振片获取所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角，包括：

获取所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束通过预设偏振角度的偏振片后得到的干涉图样，获取所述干涉图样中干涉减弱区域或干涉增强区域对应的方位角；其中，所述偏振角度为与所述第一贝塞尔波束的偏振的夹角。

3.如权利要求1所述的偏振态检测方法，其特征在于，根据方位角计算公式确定所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的相位差，所述方位角的计算公式为：

其中，

为相位差，θ_d为方位角，m为贝塞尔波束的阶数，n为整数；当m＝1，n＝0时，方位角的计算公式为：

4.如权利要求1所述的偏振态检测方法，其特征在于，根据所述相位差和所述振幅比计算出所述待检测波的偏振态，包括：

利用琼斯矩阵，根据所述相位差和所述振幅比确定所述待检测波的偏振态；琼斯矩阵的公式为：

其中，E_x为第一复振幅，E_y为第二复振幅，α为振幅比，

为相位差。

5.如权利要求1所述的偏振态检测方法，其特征在于，所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的强度分布一致，所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的拓扑数分别为正负m，m为正整数。

6.如权利要求1所述的偏振态检测方法，其特征在于，所述矩孔单元的边长为根据相位延迟图、第一关系表和第二关系表确定的；所述第一关系表是根据矩孔边长与相位延迟之间的关系得到的，所述第二关系表是根据矩孔边长与透过率之间的关系得到的；所述相位延迟图为根据预设的贝塞尔波束的倾斜角、贝塞尔波束的涡旋相位分布和贝塞尔波束转换公式确定的。

7.如权利要求6所述的偏振态检测方法，其特征在于，所述第一关系表用于表征矩孔边长与相位延迟之间映射关系，所述第二关系表用于表征矩孔尺寸与透过率之间映射关系，所述第一关系表和所述第二关系表由仿真软件参数化扫描不同的矩孔边长得到的数据组成。

8.如权利要求1所述的偏振态检测方法，其特征在于，所述待检测波束包括太赫兹与毫米波波束。

9.一种偏振态检测系统，其特征在于，所述偏振态检测系统包括：

偏振态检测器件；所述偏振态检测器件具有预设厚度的金属本体和设置在所述金属本体上多个矩孔单元形成的波导阵列，单个矩孔单元用于实现两个正交极化波束的控制，所述偏振态检测器件用于将待检测波束转化为正交的第一贝塞尔波束和第二贝塞尔波束；

偏振片；

检测仪，所述检测仪用于获取所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的干涉图样，所述干涉图样包括干涉减弱区域和干涉增强区域；所述检测仪还用于获取所述第一贝塞尔波束的第一振幅和所述第二贝塞尔波束的第二振幅；

检测装置，所述检测装置用于根据所述干涉图样的干涉减弱区域或干涉增强区域计算对应的方位角，并根据所述方位角计算所述第一贝塞尔波束和所述第二贝塞尔波束的相位差，所述检测装置还用于根据所述相位差、所述第一振幅和所述第二振幅计算出所述待检测波的偏振态。

10.如权利要求9所述的偏振态检测系统，其特征在于，所述偏振片位于所述偏振态检测器件在波束传播方向上的后方。

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