CN200941068Y

CN200941068Y - 相干偏振矩阵测量系统

Info

Publication number: CN200941068Y
Application number: CN 200620085626
Authority: CN
Inventors: 李高明; 邱怡申
Original assignee: Fujian Normal University
Current assignee: Fujian Teachers University; Fujian Normal University
Priority date: 2006-06-10
Filing date: 2006-06-10
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2016-06-10

Abstract

本实用新型涉及光束相干偏振矩阵测量装置，特别适用于光束偏振态、偏振度以及光源相干特性的测量研究。其特征在于：激光器LD发出的光路经过偏振片P和四分之一波片W1，入射到普通分光棱镜CBS之后，分成两束；其中，一束光通过沿入射光线为轴，旋转45°角放置的偏振分光棱镜PBS1，又产生两相互垂直偏振分量光路I₁和I₂；另一束光通过快轴方向与水平方向成45°角的四分之一波片W2，再经过水平放置的偏振分光棱镜PBS1，也产生两相互垂直偏振分量光路I₃和I₄；所产生的四路偏振分量I₁、I₂、I₃、I₄各自通过光电转换装置D1、D2、D3、D4输入电脑的同步数据采集卡。该实用新型由于采用了分振幅的测量方法，因此可以用于连续或瞬变不稳定光束的相干偏振矩阵的测量。

Description

相干偏振矩阵测量系统

技术领域

本实用新型涉及光束相干偏振矩阵测量装置，特别适用于光束偏振态、偏振度以及光源相干特性的测量研究。

背景技术

现有大多数商业化用于光束偏振态和偏振度测量的产品主要采用的测试方法有：偏振仪法、偏振扰码法和极值搜索法。这些偏振态测试仪虽然功能较多，但是体积庞大，价格昂贵，而且没办法用于偏振态传输规律和光源相干特性的研究。现有相干偏振矩阵的测量大部分还集中在连续稳定光束空间和时间相干性的测量，对于瞬变不稳定光束的空间相干性测量还未见到相关商品化测量仪器报道。

发明内容

本实用新型的目的在于设计一套可用于连续和瞬变光束的相干偏振矩阵测量系统。

本实用新型是通过以下方式实现的：激光器LD发出的光路经过偏振片P和四分之一波片W1，入射到普通分光棱镜CBS之后，分成两束；其中，一束光通过沿入射光线为轴，旋转45°角放置的偏振分光棱镜PBS1，又产生两相互垂直偏振分量光路I₁和I₂；另一束光通过快轴方向与水平方向成45°角的四分之一波片W2，再经过水平放置的偏振分光棱镜PBS1，也产生两相互垂直偏振分量光路I₃和I₄；所产生的四路偏振分量I₁、I₂、I₃、I₄各自通过光电转换装置D1、D2、D3、D4输入电脑的同步数据采集卡。

本实用新型的优点在于：可用于测量连续或瞬变光束相干偏振矩阵，由相干偏振矩阵可用于研究光束的空间相干性和偏振态信息。如果该测量系统当中的分束器CBS和偏振分束器PBS改用光纤型器件，这样可以进一步使本实用实型装置小型化。

附图说明

图1是本实用新型的系统连接图。

其中，1为偏振发生部分；2为测量部分；3为数据采集与处理部分。

具体实施方式

采用分振幅法进行相干偏振矩阵的测量，如图1所示，激光器(LD)发出的光路经过偏振片(P)和四分之一波片(W1)，入射到普通分光棱镜(CBS)之后，分成两束；其中，一束光通过沿入射光线为轴，旋转45°角放置的偏振分光棱镜(PBS1)，又产生两相互垂直偏振分量光路(I₁和I₂)；另一束光通过快轴方向与水平方向成45°角的四分之一波片(W2)，再经过水平放置的偏振分光棱镜(PBS1)，也产生两相互垂直偏振分量光路(I₃和I₄)；所产生的四路偏振分量(I₁、I₂、I₃、I₄)各自通过光电转换装置(D1、D2、D3、D4)输入电脑的同步数据采集卡同时，要求入射待测光束不能以布儒斯特角入射至分束器CBS。根据光强与相干偏振矩阵关系式，可得到四个光强与相干偏振矩阵关系如下：

[\begin{matrix} I_{1} \\ I_{2} \\ I_{3} \\ I_{4} \end{matrix}] = [\begin{matrix} \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{p} & \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{s} & \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{p} & \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{s} \\ \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{p} & - \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{s} & - \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{p} & \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{s} \\ \frac{1}{2} t_{p}^{*} t_{p} & - \frac{1}{2} i t_{p} t_{s}^{*} & \frac{1}{2} i t_{p}^{*} t_{s} & \frac{1}{2} t_{s}^{*} t_{s} \\ \frac{1}{2} t_{p}^{*} t_{p} & \frac{1}{2} i t_{p} t_{s}^{*} & - \frac{1}{2} i t_{p}^{*} t_{s} & \frac{1}{2} t_{s}^{*} t_{s} \end{matrix}] [\begin{matrix} W_{xx} \\ W_{xy} \\ W_{yx} \\ W_{yy} \end{matrix}] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1)

为了使上述方程组有解的存在，则式(1)方程系数所组成的矩阵行列式必须不等于零。即：

|\begin{matrix} \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{p} & \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{s} & \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{p} & \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{s} \\ \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{p} & - \frac{1}{2} r_{p}^{*} r_{s} & - \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{p} & \frac{1}{2} r_{s}^{*} r_{s} \\ \frac{1}{2} t_{p}^{*} t_{p} & - \frac{1}{2} i t_{p} t_{s}^{*} & \frac{1}{2} i t_{p}^{*} t_{s} & \frac{1}{2} t_{s}^{*} t_{s} \\ \frac{1}{2} t_{p}^{*} t_{p} & \frac{1}{2} i t_{p} t_{s}^{*} & - \frac{1}{2} i t_{p}^{*} t_{s} & \frac{1}{2} t_{s}^{*} t_{s} \end{matrix}| &NotEqual; 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2)

同时，由菲涅耳公式可知r_p，r_s，t_p，t_s为实数，则行列式化简为：

\frac{1}{2} i t_{p} t_{s} r_{p} r_{s} (t_{p} r_{s} + r_{p} t_{s}) (t_{p} r_{s} - r_{p} t_{s}) &NotEqual; 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3)

又由菲涅耳公式得：

t_{p} r_{s} - r_{p} t_{s} = \frac{2 n_{1} \cos θ_{1} (n_{2} - n_{1}) (\cos θ_{1} + \cos θ_{2})}{(n_{1} \cos θ_{1} + n_{2} \cos θ_{2}) (n_{2} \cos θ_{1} + n_{1} \cos θ_{2})} &NotEqual; 0

t_{p} r_{s} + r_{p} t_{s} = \frac{2 n_{1} \cos θ_{1} (n_{2} + n_{1}) (\cos θ_{1} - \cos θ_{2})}{(n_{1} \cos θ_{1} + n_{2} \cos θ_{2}) (n_{2} \cos θ_{1} + n_{1} \cos θ_{2})} &NotEqual; 0

r_s，t_p，t_s≠0

显然，要求行列式值不为零，那么只需要r_p≠0。即如果入射光的入射角不是以布儒斯特角入射(r_p＝0)，就可以满足上述的不等式。

在实际测量当中，显然很难严格地确定每个光学器件的琼斯矩阵和满足对机械调整上的精度要求。因此，通过仪器定标得到式(1)右边第一个矩阵(即为仪器矩阵A)。定标方法为：将由偏振片和四分之一波片产生的四组标准相干偏振矩阵组成一个新的标准相干偏振矩阵，并求其逆矩阵，然后将利用分幅度法测得四个光路的四组对总光强归一化的光强值组成一个测量值矩阵，最后将测量值矩阵和逆矩阵两者相乘即可得到仪器矩阵。当用于待测光束相干偏振矩阵测量时，可利用式(4)得以待测量光束的相干偏振矩阵：

W_i＝A^-1I…………………………………………………(4)

Claims

1.一种相干偏振矩阵测量系统，其特征在于：激光器LD发出的光路经过偏振片P和四分之一波片W1，入射到普通分光棱镜CBS之后，分成两束；其中，一束光通过沿入射光线为轴，旋转45°角放置的偏振分光棱镜PBS1，又产生两相互垂直偏振分量光路I₁和I₂；另一束光通过快轴方向与水平方向成45°角的四分之一波片W2，再经过水平放置的偏振分光棱镜PBS1，也产生两相互垂直偏振分量光路I₃和I₄；所产生的四路偏振分量I₁、I₂、I₃、I₄各自通过光电转换装置D1、D2、D3、D4输入电脑的同步数据采集卡。