RU2340879C1 - Device for measuring polarisation parameters of optical radiation - Google Patents

Device for measuring polarisation parameters of optical radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2340879C1
RU2340879C1 RU2007131309/28A RU2007131309A RU2340879C1 RU 2340879 C1 RU2340879 C1 RU 2340879C1 RU 2007131309/28 A RU2007131309/28 A RU 2007131309/28A RU 2007131309 A RU2007131309 A RU 2007131309A RU 2340879 C1 RU2340879 C1 RU 2340879C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
photodetector
radiation
reflected
Prior art date
Application number
RU2007131309/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Игоревич Гревцев (RU)
Алексей Игоревич Гревцев
Александр Юрьевич Козирацкий (RU)
Александр Юрьевич Козирацкий
Юрий Леонтьевич Козирацкий (RU)
Юрий Леонтьевич Козирацкий
Павел Евгеньевич Кулешов (RU)
Павел Евгеньевич Кулешов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)
Priority to RU2007131309/28A priority Critical patent/RU2340879C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2340879C1 publication Critical patent/RU2340879C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics; measurements.
SUBSTANCE: present invention pertains to laser measurements and can be used in systems for measuring polarisation parameters of optical radiation. The device consists of a shaping optical system, two photodetectors, two filters, two beam splitters at a polarisation angle, the incidence planes of which are orthogonal, two mixer plates, 90° polarisation rotator, source of linear-polarised reference radiation, two memory units, two subtraction units, phase detector, three analogue-to-digital converters, a microprocessor and a display device. The first mixer plate, shaping optical system and the first photodetector are arranged in series along the path of radiation reflected from the first beam splitter. In the path of the radiation reflected from the second beam splitter, the second mixer plate, shaping optical system and the second photodetector are arranged in series. Along the path of the reference radiation from the source of linear-polarised reference radiation, the shaping optical system, second mixer plate, the 90° polarisation rotator and the first mixer plate are arranged in series. The shaping optical system and the first photodetector are arranged in series along the path of the reference radiation reflected from the first mixer plate. The shaping optical system and the second photodetector are arranged in series along the path of the reference radiation reflected from the second mixer plate.
EFFECT: increased accuracy and speed of determining parameters of continuous and pulsed optical radiation, as well as provision for measuring parameters of low power optical signals.
1 dwg

Description

Изобретение относится к лазерным измерениям и может быть использовано при проектировании систем определения поляризационных характеристик оптического излучения.The invention relates to laser measurements and can be used in the design of systems for determining the polarization characteristics of optical radiation.

Известно устройство измерения поляризации (см., например, Т.И.Трофимова. Оптика и атомная физика. - М.: Высшая школа, 1999, стр.58-60), которое может содержать поляризационный анализатор, фотодетектор и индикатор изменения величины фототока, по которому определяют направление и величину вектора поляризации анализируемого оптического излучения. Недостатком данного устройства является достаточно большое время измерения, связанное с вращением поляризационного анализатора, приводящего к ошибочным результатам при изменении поляризационных параметров излучения за время измерения.A device for measuring polarization is known (see, for example, T.I. Trofimova. Optics and Atomic Physics. - M.: Higher School, 1999, pp. 58-60), which may contain a polarization analyzer, photodetector and an indicator of changes in the magnitude of the photocurrent, which determine the direction and magnitude of the polarization vector of the analyzed optical radiation. The disadvantage of this device is the relatively long measurement time associated with the rotation of the polarization analyzer, which leads to erroneous results when the polarization parameters of the radiation change during the measurement.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство измерения поляризации оптического излучения (см., например, В.Г. Ефремов, И. Д. Найденов. Способ измерения поляризации. - Патент RU №2031376 C1 6G01 J/04, 1995), содержащее формирующую оптику, зеркальную диафрагму, подсмотр поля, четвертьволновую пластину, электрооптический модулятор, анализатор - призму Валластона, два фотоприемника, генератор, схему совпадений, усилители, переключающее устройство, ЭВМ. Недостатками данного устройства являются достаточно большое время измерения и невозможность проведения измерений для импульсных сигналов, связанные с вращением поляризационного анализатора, приводящего к ошибочным результатам при изменении поляризационных параметров излучения за время измерения, а также прямое детектирование разделенного оптического излучения на два ортогональных луча призмой Валластона, что применимо для мощных сигналов.The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a device for measuring the polarization of optical radiation (see, for example, V. G. Efremov, I. D. Naydenov. Method for measuring polarization. - Patent RU No. 2031376 C1 6G01 J / 04, 1995), which contains the forming optics, a mirror diaphragm, field observation, a quarter-wave plate, an electro-optical modulator, an analyzer - a Vallaston prism, two photodetectors, a generator, a coincidence circuit, amplifiers, a switching device, a computer. The disadvantages of this device are the rather large measurement time and the impossibility of taking measurements for pulsed signals associated with the rotation of the polarization analyzer, which leads to erroneous results when the polarization parameters of the radiation change during the measurement, as well as the direct detection of the divided optical radiation into two orthogonal rays by the Vallaston prism, which applicable for powerful signals.

Техническим результатом, на достижение которого направленно предлагаемое изобретение, являются повышение точности быстродействия определения поляризационных параметров непрерывного и импульсного оптических излучений и возможности измерения поляризационных параметров маломощных оптических сигналов.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to increase the accuracy of the speed of determining the polarization parameters of continuous and pulsed optical radiation and the ability to measure the polarization parameters of low-power optical signals.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве измерения параметров поляризации оптического излучения, содержащем формирующую оптику, зеркальную диафрагму, подсмотр поля, четвертьволновую пластину, электрооптический модулятор, анализатор - призму Валластона, два фотоприемника, генератор, схему совпадений, усилители, переключающее устройство, ЭВМ, дополнительно установлены первый и второй светоделители, первая и вторая смесительные пластины, вращатель плоскости поляризации на 90°, источник линейно-поляризованного опорного излучения, первый и второй запоминающие блоки, первый и второй блоки вычитания, фазовый детектор, первый, второй и третий аналогово-цифровые преобразователи, микропроцессор, индикатор, при этом последовательно установлены по ходу исследуемого оптического излучения под углом Брюстера первый и второй светоделители, плоскости падения которых ортогональны, по ходу отраженного излучения от первого светоделителя последовательно установлены первая смесительная пластина, формирующая оптика и первый фотоприемник, по ходу отраженного излучения от второго светоделителя последовательно установлены вторая смесительная пластина, формирующая оптика и второй фотоприемник, по ходу опорного оптического излучения от источника линейно-поляризованного опорного излучения последовательно установлены формирующая оптика, вторая смесительная пластина, вращатель плоскости поляризации на 90° и первая смесительная пластина, по ходу отраженного опорного излучения от первой смесительной пластины последовательно установлены формирующая оптика и первый фотоприемник, по ходу отраженного опорного излучения от второй смесительной пластины последовательно установлены формирующая оптика и второй фотоприемник, первый выход первого фотоприемника соединен с входом первого запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом первого блока вычитания, второй выход первого фотоприемника соединен входом первого фильтра, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом микропроцессора, второй выход первого фильтра соединен с первым входом фазового детектора, первый выход второго фотоприемника соединен с входом второго запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока вычитания, второй выход второго фотоприемника соединен входом второго фильтра, первый выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход которого соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом микропроцессора, второй выход второго фильтра соединен с вторым входом фазового детектора, выход фазового детектора соединен с входом третьего аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с третьим входом микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.The technical result is achieved by the fact that in the known device for measuring the polarization parameters of optical radiation containing the forming optics, a mirror diaphragm, field scan, quarter-wave plate, electro-optical modulator, the analyzer is a Vallaston prism, two photodetectors, a generator, a matching circuit, amplifiers, a switching device, a computer additionally installed the first and second beam splitters, the first and second mixing plates, the rotator of the plane of polarization by 90 °, the source of linearly polarized radiation, the first and second storage blocks, the first and second subtraction blocks, a phase detector, the first, second and third analog-to-digital converters, a microprocessor, an indicator, while the first and second beam splitters are sequentially installed along the studied optical radiation at a Brewster angle, planes the incidence of which is orthogonal, along the reflected radiation from the first beam splitter, the first mixing plate, forming optics and the first photodetector, are installed in series along the reflected of radiation from the second beam splitter, a second mixing plate, forming optics and a second photodetector are installed in series, along the reference optical radiation from a linearly polarized reference radiation source, forming optics, a second mixing plate, a 90 ° polarization plane rotator and the first mixing plate are installed in series The reflected reference radiation from the first mixing plate is sequentially mounted forming optics and the first photodetector, along the reflection For forming the reference radiation from the second mixing plate, forming optics and a second photodetector are installed in series, the first output of the first photodetector is connected to the input of the first storage unit, the output of which is connected to the first input of the first subtraction unit, the second output of the first photodetector is connected to the input of the first filter, the first output of which is connected to the second input of the first subtraction unit, the output of which is connected to the input of the first analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input of the mic processor, the second output of the first filter is connected to the first input of the phase detector, the first output of the second photodetector is connected to the input of the second storage unit, the output of which is connected to the first input of the second subtraction unit, the second output of the second photodetector is connected to the input of the second filter, the first output of which is connected to the second input the second subtraction unit, the output of which is connected to the input of the second analog-to-digital converter, the output of which is connected to the second input of the microprocessor, the second output of the second filter coupled to a second input of the phase detector, the output of the phase detector is connected to the input of the third analog-to-digital converter whose output is connected to the third input of the microprocessor, the output of which is connected to input indicator.

Сущность изобретения заключается в том, что исследуемое оптическое излучение проходит через две светоделительные пластины, установленные под углом Брюстера к оптической оси. При этом плоскости падения в каждой пластины ортогональны. Отраженные от пластин излучения будут иметь линейную поляризацию, плоскости поляризации которых ортогональны. Отраженные потоки смешивают с опорными линейно-поляризованными потоками, причем ориентации плоскостей поляризации смешиваемых потоков совпадают. Смешиваемые потоки детектируют и определяют величину фазового рассогласования смешиваемых потоков относительно друг друга и значения величин ортогональных компонент векторов напряженностей исследуемого оптического излучения. Полученные сигналы используют для определения поляризационных параметров исследуемого излучения (параметров Стокса).The essence of the invention lies in the fact that the studied optical radiation passes through two beam splitting plates installed at a Brewster angle to the optical axis. In this case, the plane of incidence in each plate is orthogonal. The radiation reflected from the plates will have linear polarization, the plane of polarization of which is orthogonal. The reflected flows are mixed with the reference linearly polarized flows, and the orientations of the polarization planes of the mixed flows coincide. Mixed streams detect and determine the magnitude of the phase mismatch of the mixed streams relative to each other and the values of the orthogonal components of the intensity vectors of the investigated optical radiation. The obtained signals are used to determine the polarization parameters of the investigated radiation (Stokes parameters).

Анализируемое излучение через фокусирующую оптику подается на две последовательно установленные светоделительные пластины, расположенные под углом Брюстера к оптической оси. При этом плоскости падения пластин расположены ортогонально.The analyzed radiation is fed through focusing optics to two successively installed beam splitting plates located at a Brewster angle to the optical axis. In this case, the plane of incidence of the plates are arranged orthogonally.

Первое отраженное оптическое излучение от первой пластины будет иметь линейную поляризацию и представляется выражением (см., например, Г.Шредер, X.Трайбер. Техническая оптика. - М.: Техносфера, 2006, стр.280-285)The first reflected optical radiation from the first plate will have linear polarization and is represented by the expression (see, for example, G. Schroeder, H. Traiber. Technical Optics. - M .: Technosphere, 2006, pp. 280-285)

Figure 00000002
Figure 00000002

где Ех - компонента вектора напряженности электрического поля, перпендикулярная плоскости падения первой светоделительной пластины;where E x is the component of the vector of electric field strength perpendicular to the plane of incidence of the first beam splitting plate;

Еmx - комплексная амплитуда, определяющая амплитудно-фазовое распределение отраженного поля от первой светоделительной пластины;E mx is the complex amplitude that determines the amplitude-phase distribution of the reflected field from the first beam splitter plate;

ωc - круговая частота анализируемого излучения.ω c is the circular frequency of the analyzed radiation.

Второе отраженное оптическое излучение от второй пластины также будет иметь линейную поляризацию, но ортогонально ориентированную плоскость поляризации по отношению к первому отраженному излучению и представляется выражениемThe second reflected optical radiation from the second plate will also have linear polarization, but an orthogonally oriented plane of polarization with respect to the first reflected radiation and is represented by the expression

Figure 00000003
Figure 00000003

где Еy - компонента вектора напряженности электрического поля, перпендикулярная плоскости падения второй светоделительной пластины;where E y is the component of the electric field vector, perpendicular to the plane of incidence of the second beam splitting plate;

Еmy - комплексная амплитуда, определяющая амплитудно-фазовое распределение отраженного поля от второй светоделительной пластины.E my is the complex amplitude that determines the amplitude-phase distribution of the reflected field from the second beam splitting plate.

Если декартовые координатные оси совпадают с нормалями к плоскостям падения каждой светоделительной пластины, то Еx, Еy есть проекции вектора напряженности анализируемого поля на оси х и у. Тогда выражения (1), (2) при сохранении разности фаз δ между Еx и Еy образуют систему уравнений, описывающую поляризацию анализируемого поля (см., например, Г.Шредер, X.Трайбер. Техническая оптика. - М.: Техносфера, 2006, стр.280-285).If the Cartesian coordinate axes coincide with the normals to the plane of incidence of each beam splitter plate, then E x , E y are the projections of the intensity vector of the analyzed field on the x and y axis. Then expressions (1), (2) while maintaining the phase difference δ between Е x and Е y form a system of equations describing the polarization of the analyzed field (see, for example, G. Schroeder, X. Traiber. Technical optics. - M .: Technosphere , 2006, pp. 280-285).

Отраженное линейно-поляризованное излучение от первой пластины смешивают с первым опорным линейно-поляризованным излучениемThe reflected linearly polarized radiation from the first plate is mixed with the first reference linearly polarized radiation

Figure 00000004
Figure 00000004

где Eопорн.x - напряженность электрического первого опорного излучения;where E reference.x is the electric first reference radiation intensity;

Eопорн.mx - комплексная амплитуда, определяющая амплитудно-фазовое распределение первого опорного поля;E reference.mx is the complex amplitude that determines the amplitude-phase distribution of the first reference field;

ωопорн. - круговая частота опорного излучения.ω reference - circular frequency of the reference radiation.

Ориентации плоскостей поляризации смешиваемых потоков совпадают. Смешанные потоки детектируют. Тогда выходной ток i1 первого фотодетектора может быть представлен в виде выражения (см., например, В.В.Протопопов, Н.Д.Устинов. Лазерное гетеродирование. - М.: Наука, 1985, стр.5-7)The orientations of the polarization planes of the mixed flows coincide. Mixed streams are detected. Then the output current i 1 of the first photodetector can be represented in the form of an expression (see, for example, VV Protopopov, ND Ustinov. Laser heterodyning. - M .: Nauka, 1985, p. 5-7)

Figure 00000005
Figure 00000005

где iГх - постоянная составляющая фототока, вызванная действием поля первого опорного оптического излучения;where i Gx is the constant component of the photocurrent caused by the action of the field of the first reference optical radiation;

iсх - постоянная составляющая фототока, вызванная действием поля первого отраженного оптического излучения;i cx is the constant component of the photocurrent caused by the action of the field of the first reflected optical radiation;

Ω - разностная частота анализируемого и опорного оптических излучений; Ω is the difference frequency of the analyzed and reference optical radiation;

φГx, φсх - фазы комплексных амплитуд смешиваемых полей на фоточувствительной площадке фотоприемника.φ Gx , φ cx are the phases of the complex amplitudes of the mixed fields on the photosensitive area of the photodetector.

Отраженное линейно-поляризованное излучение от второй пластины смешивают со вторым опорным линейно-поляризованным излучениемThe reflected linearly polarized radiation from the second plate is mixed with the second reference linearly polarized radiation

Figure 00000006
Figure 00000006

где Eопорн.y - напряженность электрического первого опорного излучения;where E reference.y is the electric first reference radiation intensity;

Eопорн.my - комплексная амплитуда, определяющая амплитудно-фазовое распределение первого опорного поля.E reference.my is the complex amplitude that determines the amplitude-phase distribution of the first reference field.

Ориентации плоскостей поляризации смешиваемых потоков совпадают. Смешанные потоки также детектируют. Тогда выходной ток i2 второго фотодетектора может быть представлен в виде выражения (см., например, В.В.Протопопов, Н.Д.Устинов. Лазерное гетеродирование. - М.: Наука, 1985, стр.5-7)The orientations of the polarization planes of the mixed flows coincide. Mixed streams are also detected. Then the output current i 2 of the second photodetector can be represented in the form of an expression (see, for example, VV Protopopov, ND Ustinov. Laser heterodyning. - M .: Nauka, 1985, pp. 5-7)

Figure 00000007
Figure 00000007

где iГy - постоянная составляющая фототока, вызванная действием поля второго опорного оптического излучения;where i Гy is the constant component of the photocurrent caused by the action of the field of the second reference optical radiation;

icy - постоянная составляющая фототока, вызванная действием поля второго отраженного оптического излучения;i cy is the constant component of the photocurrent caused by the action of the field of the second reflected optical radiation;

φГy, φcy - фазы комплексных амплитуд смешиваемых полей на фоточувствительной площадке фотоприемника.φ Гy , φ cy are the phases of the complex amplitudes of the mixed fields on the photosensitive area of the photodetector.

Два первых слагаемых в (3) и (4) представляют собой не зависящие от времени постоянные составляющие фототока, вызванные полями анализируемого и опорного излучений. Третье описывает результат интерференции полей, то есть определяют переменную составляющую фототока, изменяющуюся с круговой разностной частотой ( Ω).The first two terms in (3) and (4) are time-independent constant components of the photocurrent caused by the fields of the analyzed and reference radiation. The third describes the result of field interference, that is, they determine the variable component of the photocurrent, which varies with a circular difference frequency (Ω).

Переменная и постоянная составляющие могут быть легко отделены спектральной фильтрацией (см., например, В.В.Протопопов, Н.Д.Устинов. Лазерное гетеродирование. - М.: Наука, 1985, стр.7).The variable and constant components can be easily separated by spectral filtering (see, for example, VV Protopopov, ND Ustinov. Laser heterodyning. - M .: Nauka, 1985, p. 7).

Если оптические пути (равенство длин оптических путей достигается юстировкой), разделенных с помощью светоделительных пластин потоков, сохраняют на чувствительных площадках фотоприемников разность фаз (φcycx=δ) ортогональных составляющих Еx и Еy (см., например, Т.И.Трофимова. Оптика и атомная физика. - М: Высшая школа, 1999, стр.7-10), определяющую тип поляризации (циркулярная или линейная), и фазы опорных колебаний равны φГxГуГ, то выражения (3) и (4) можно представить в видеIf the optical paths (equal optical path lengths are achieved by alignment) separated by beam splitter plates, the phase difference (φ cycx = δ) of the orthogonal components E x and E y is stored on the sensitive areas of the photodetectors (see, for example, T. Trofimova, Optics and Atomic Physics. - M: Higher School, 1999, pp. 7-10), which determines the type of polarization (circular or linear), and the phases of the reference vibrations are equal to φ Гx = φ Gu = φ Г , then the expressions ( 3) and (4) can be represented as

Figure 00000008
Figure 00000008

Из выражений (5) следует, что колебания фототоков отличаются на значение разности фаз δ. Значением δ может быть определено применение фазового детектора (компаратора), причем один из сигналов используется как опорный.From the expressions (5) it follows that the oscillations of the photocurrents differ by the value of the phase difference δ. The value of δ can determine the use of a phase detector (comparator), moreover, one of the signals is used as a reference.

Значения icx, icy могут быть определены из сумм постоянных составляющих

Figure 00000009
путем вычитания полученных значений
Figure 00000010
Figure 00000011
предварительным детектированием опорных колебанийThe values of i cx , i cy can be determined from the sums of the constant components
Figure 00000009
by subtracting the obtained values
Figure 00000010
Figure 00000011
preliminary detection of reference vibrations

Figure 00000012
Figure 00000012

где знак «^» указывает на оценочное значение полученных величин.where the sign “^” indicates the estimated value of the obtained values.

Наиболее полную картину поляризационных характеристик анализируемого излучения дают параметры Стокса, которые представляются выражениями (см., например, Г.Шредер, X.Трайбер. Техническая оптика. - М.: Техносфера, 2006, стр.280-285)The most complete picture of the polarization characteristics of the analyzed radiation is given by the Stokes parameters, which are represented by expressions (see, for example, G. Schroeder, H. Traiber. Technical optics. - M .: Technosphere, 2006, pp. 280-285)

Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016

где S0, S1, S2, S3 - параметры Стокса.where S 0 , S 1 , S 2 , S 3 are the Stokes parameters.

Учитывая прямую зависимость тока от интенсивности оптического излучения на чувствительной площадке фотоприемника

Figure 00000017
где В - спектральная чувствительность фотоприемника, К - коэффициент преобразования, J - интенсивность детектируемого потока, S - площадь фоточувствительной площадки фотоприемника), выражение (7) можно представить в видеGiven the direct dependence of the current on the intensity of optical radiation on the sensitive area of the photodetector
Figure 00000017
where B is the spectral sensitivity of the photodetector, K is the conversion coefficient, J is the intensity of the detected flux, S is the area of the photosensitive area of the photodetector), expression (7) can be represented as

Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000021
Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
Figure 00000021

Вычисление величин (8) производится ЭВМ или микропроцессорной системой и отображается индикатором.The calculation of values (8) is performed by a computer or microprocessor system and is displayed by an indicator.

Таким образом, предлагаемое авторами устройство обеспечивает практическое устранение погрешности измерения, связанное вращением поляризационного анализатора за сокращения времени измерения поляризационных параметров, которое определяется быстродействием электронных элементов устройства. Использование гетеродинного приема позволит производить измерение поляризационных параметров маломощных оптических сигналов, что, в свою очередь, исключает недостатки, указанные для прототипа.Thus, the device proposed by the authors provides a practical elimination of the measurement error associated with the rotation of the polarization analyzer for reducing the measurement time of polarization parameters, which is determined by the speed of the electronic elements of the device. The use of heterodyne reception will allow the measurement of the polarization parameters of low-power optical signals, which, in turn, eliminates the disadvantages indicated for the prototype.

На чертеже представлена блок-схема устройства. Блок-схема устройства содержит формирующую оптику 1, 21, 22, 23, первый и второй светоделители 2, 3, первую и вторую смесительные пластины 4, 6, вращатель плоскости поляризации на 90° 5, источник линейно-поляризованного опорного излучения 7, первый и второй фотоприемники 10, 11, первый и второй запоминающие блоки 8, 9, первый и второй фильтры 14, 15, первый и второй блоки вычитания 12, 13, фазовый детектор 16, первый, второй и третий аналогово-цифровые преобразователи 17, 19, 18, микропроцессор 20, индикатор 24.The drawing shows a block diagram of a device. The block diagram of the device contains forming optics 1, 21, 22, 23, the first and second beam splitters 2, 3, the first and second mixing plates 4, 6, the polarization plane rotator by 90 ° 5, the source of linearly polarized reference radiation 7, the first and second photodetectors 10, 11, first and second storage units 8, 9, first and second filters 14, 15, first and second subtraction units 12, 13, phase detector 16, first, second and third analog-to-digital converters 17, 19, 18 , microprocessor 20, indicator 24.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. Предварительно линейно-поляризованное излучение от источника опорного излучения 7 через формирующую оптику 21 делится с помощью первой и второй смесительных пластин 4, 6 на первый и второй опорные потоки, которые соответственно через формирующие оптики 22, 23 поступают на входы первого и второго фотоприемников 10, 11. При этом плоскость поляризации первого опорного потока повернута вращателем плоскости поляризации на 90° 5 относительно плоскости поляризации второго опорного потока. Значения величин выходных токов фотоприемников 10, 11, вызванных действием разделенных опорных потоков опорного излучения, запоминаются в соответствующих запоминающих блоках 8, 9. Исследуемое оптическое излучение через формирующую оптику 1 поступает на установленный под углом Брюстера первый светоделитель 2, от которого отражается первая линейно-поляризованная волна и смешивается смесительной пластиной 4 с первым опорным потоком. При этом ориентации плоскостей поляризации первых смешиваемых потоков совпадают. Первый смешанный поток через формирующую оптику 22 поступает на вход первого фотоприемника 10. Прошедшее первый светоделитель 2 излучение поступает на установленный под углом Брюстера второй светоделитель 3 (плоскость падения которого перпендикулярна плоскости падения первого светоделителя 2), от которого отражается вторая ортогонально первой линейно-поляризованная волна и смешивается смесительной пластиной 6 со вторым опорным потоком. При этом ориентации плоскостей поляризации вторых смешиваемых потоков совпадают. Второй смешанный поток через формирующую оптику 23 поступает на вход второго фотоприемника 11. С выхода первого фотоприемника 10 сигнал поступает на вход первого фильтра 14, который разделяет полный ток на сумму постоянных и переменную составляющие. Значение величины суммы постоянных составляющих поступает на вход первого блока вычитания 12, на другой вход которого из первого запоминающего блока 8 поступает значение величины постоянной составляющей, вызванное действием первого опорного потока. В блоке вычитания 12 производится определение значения величины постоянной составляющей, вызванное действием первого исследуемого линейно-поляризованного потока (выражение 6), которое преобразуется первым аналогово-цифровым преобразователем 17 в кодовый сигнал. С выхода второго фотоприемника 11 сигнал поступает на вход второго фильтра 15, который разделяет полный ток на сумму постоянных и переменную составляющие. Значение величины суммы постоянных составляющих поступает на вход второго блока вычитания 13, на другой вход которого из второго запоминающего блока 9 поступает значение величины постоянной составляющей, вызванное действием второго опорного потока. В блоке вычитания 13 производится определение значения величины постоянной составляющей, вызванное действием второго исследуемого линейно-поляризованного потока (выражение 6), которое преобразуется вторым аналогово-цифровым преобразователем 19 в кодовый сигнал. Переменные составляющие с выходов фильтров 14 и 15 поступают на входы фазового детектора 16, который определяет разность фаз δ, значение величины которой преобразуется третьим аналогово-цифровым преобразователем 18 в кодовый сигнал. Сигналы с выходов первого, второго и третьего аналогово-цифровых преобразователей 17, 19, 18 поступают на микропроцессор 20 (ЭВМ), который осуществляет вычисление параметров Стокса (выражение 8). Результаты вычисления отображаются индикатором 24.The proposed device operates as follows. Pre-linearly polarized radiation from the reference radiation source 7 through the forming optics 21 is divided using the first and second mixing plates 4, 6 into the first and second reference flows, which, respectively, through the forming optics 22, 23 enter the inputs of the first and second photodetectors 10, 11 In this case, the plane of polarization of the first reference stream is rotated by a rotator of the plane of polarization by 90 ° 5 relative to the plane of polarization of the second reference stream. The values of the output currents of the photodetectors 10, 11, caused by the action of the separated reference reference radiation fluxes, are stored in the corresponding memory blocks 8, 9. The studied optical radiation through the forming optics 1 enters the first beam splitter 2, which is installed at a Brewster angle, from which the first linearly polarized wave and is mixed by the mixing plate 4 with the first reference flow. In this case, the orientations of the polarization planes of the first mixed flows coincide. The first mixed stream through the forming optics 22 enters the input of the first photodetector 10. The radiation transmitted by the first beam splitter 2 enters the second beam splitter 3 installed at a Brewster angle (the plane of incidence of which is perpendicular to the plane of incidence of the first beam splitter 2), from which the second linearly polarized wave is reflected second orthogonally and mixes with a mixing plate 6 with a second reference stream. In this case, the orientations of the polarization planes of the second mixed flows coincide. The second mixed stream through the forming optics 23 enters the input of the second photodetector 11. From the output of the first photodetector 10, the signal enters the input of the first filter 14, which separates the total current into the sum of the constant and variable components. The value of the sum of the constant components is fed to the input of the first subtraction unit 12, the other input of which from the first storage unit 8 receives the value of the constant component caused by the action of the first reference stream. In the subtraction unit 12, the value of the constant component value is determined, caused by the action of the first linearly polarized flow being studied (expression 6), which is converted by the first analog-to-digital converter 17 into a code signal. From the output of the second photodetector 11, the signal is fed to the input of the second filter 15, which separates the total current into the sum of the constant and variable components. The value of the sum of the constant components is supplied to the input of the second subtraction unit 13, the other input of which from the second storage unit 9 receives the value of the value of the constant component caused by the action of the second reference stream. In the subtraction block 13, the value of the constant component value is determined, caused by the action of the second linearly polarized flow being studied (expression 6), which is converted by the second analog-to-digital converter 19 into a code signal. The variable components from the outputs of the filters 14 and 15 are fed to the inputs of the phase detector 16, which determines the phase difference δ, the value of which is converted by the third analog-to-digital converter 18 into a code signal. The signals from the outputs of the first, second and third analog-to-digital converters 17, 19, 18 are fed to a microprocessor 20 (computer), which calculates the Stokes parameters (expression 8). The calculation results are displayed by indicator 24.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестно устройство измерения параметров поляризации оптического излучения, включающее формирующую оптику, первый и второй фотоприемники, первый и второй фильтры, первый и второй светоделители, первая и вторая смесительные пластины, вращатель плоскости поляризации на 90°, источник линейно-поляризованного опорного излучения, первый и второй запоминающие блоки, первый и второй блоки вычитания, фазовый детектор, первый, второй и третий аналогово-цифровые преобразователи, микропроцессор, индикатор, при этом последовательно установлены по ходу исследуемого оптического излучения формирующая оптика, первый и второй светоделители под углом Брюстера, плоскости падения которых ортогональны, по ходу отраженного излучения от первого светоделителя последовательно установлены первая смесительная пластина, формирующая оптика и первый фотоприемник, по ходу отраженного излучения от второго светоделителя последовательно установлены вторая смесительная пластина, формирующая оптика и второй фотоприемник, по ходу опорного оптического излучения от источника линейно-поляризованного опорного излучения последовательно установлены формирующая оптика, вторая смесительная пластина, вращатель плоскости поляризации на 90° и первая смесительная пластина, по ходу отраженного опорного излучения от первой смесительной пластины последовательно установлены формирующая оптика и первый фотоприемник, по ходу отраженного опорного излучения от второй смесительной пластины последовательно установлены формирующая оптика и второй фотоприемник, первый выход первого фотоприемника соединен с входом первого запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом первого блока вычитания, второй выход первого фотоприемника соединен входом первого фильтра, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом микропроцессора, второй выход первого фильтра соединен с первым входом фазового детектора, первый выход второго фотоприемника соединен с входом второго запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока вычитания, второй выход второго фотоприемника соединен входом второго фильтра, первый выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход которого соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом микропроцессора, второй выход второго фильтра соединен с вторым входом фазового детектора, выход фазового детектора соединен с входом третьего аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с третьим входом микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.The proposed technical solution is new, because from publicly available information the device for measuring the polarization parameters of optical radiation, including forming optics, the first and second photodetectors, the first and second filters, the first and second beam splitters, the first and second mixing plates, the polarization plane rotator by 90 °, is unknown, linearly polarized reference radiation source, first and second storage units, first and second subtraction units, phase detector, first, second and third analog-to-digital at the same time, the forming optics, the first and second beam splitters at the Brewster angle, the incidence planes of which are orthogonal, are installed in series along the reflected radiation from the first beam splitter, the first mixing plate forming the optics and the first photodetector , along the reflected radiation from the second beam splitter, a second mixing plate, forming optics and a second photodetector, along the reference optical radiation from the linearly polarized reference radiation source, forming optics, a second mixing plate, a 90 ° polarization plane rotator and the first mixing plate are installed in series, forming optics and the first photodetector are installed in series along the reflected reference radiation from the first mixing plate , along the reflected reference radiation from the second mixing plate, forming optics and a second photodetector are sequentially installed a receiver, the first output of the first photodetector is connected to the input of the first storage unit, the output of which is connected to the first input of the first subtraction unit, the second output of the first photodetector is connected to the input of the first filter, the first output of which is connected to the second input of the first subtraction unit, the output of which is connected to the input of the first analog -digital converter, the output of which is connected to the first input of the microprocessor, the second output of the first filter is connected to the first input of the phase detector, the first output of the second photodetector connected to the input of the second storage unit, the output of which is connected to the first input of the second subtraction unit, the second output of the second photodetector is connected to the input of the second filter, the first output of which is connected to the second input of the second subtraction unit, the output of which is connected to the input of the second analog-to-digital converter, the output of which connected to the second input of the microprocessor, the second output of the second filter is connected to the second input of the phase detector, the output of the phase detector is connected to the input of the third analog-digital pre verters, whose output is connected to the third input of the microprocessor, the output of which is connected to input indicator.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства.The proposed technical solution is practically applicable, since typical optical and radio components and devices can be used for its implementation.

Claims (1)

Устройство измерения параметров поляризации оптического излучения, включающее формирующую оптику, первый и второй фотоприемники, первый и второй фильтры, отличающееся тем, что дополнительно установлены первый и второй светоделители, первая и вторая смесительные пластины, вращатель плоскости поляризации на 90°, источник линейно-поляризованного опорного излучения, первый и второй запоминающие блоки, первый и второй блоки вычитания, фазовый детектор, первый, второй и третий аналогово-цифровые преобразователи, микропроцессор, индикатор, при этом последовательно установлены по ходу исследуемого оптического излучения под углом Брюстера первый и второй светоделители, плоскости падения которых ортогональны, по ходу отраженного излучения от первого светоделителя последовательно установлены первая смесительная пластина, формирующая оптика и первый фотоприемник, по ходу отраженного излучения от второго светоделителя последовательно установлены вторая смесительная пластина, формирующая оптика и второй фотоприемник, по ходу опорного оптического излучения от источника линейно-поляризованного опорного излучения последовательно установлены формирующая оптика, вторая смесительная пластина, вращатель плоскости поляризации на 90° и первая смесительная пластина, по ходу отраженного опорного излучения от первой смесительной пластины последовательно установлены формирующая оптика и первый фотоприемник, по ходу отраженного опорного излучения от второй смесительной пластины последовательно установлены формирующая оптика и второй фотоприемник, первый выход первого фотоприемника соединен с входом первого запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом первого блока вычитания, второй выход первого фотоприемника соединен с входом первого фильтра, первый выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом микропроцессора, второй выход первого фильтра соединен с первым входом фазового детектора, первый выход второго фотоприемника соединен с входом второго запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом второго блока вычитания, второй выход второго фотоприемника соединен с входом второго фильтра, первый выход которого соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход которого соединен с входом второго аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом микропроцессора, второй выход второго фильтра соединен с вторым входом фазового детектора, выход фазового детектора соединен с входом третьего аналогово-цифрового преобразователя, выход которого соединен с третьим входом микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.A device for measuring the polarization parameters of optical radiation, including forming optics, first and second photodetectors, first and second filters, characterized in that the first and second beam splitters, the first and second mixing plates, a 90 ° polarization plane rotator, a linearly polarized reference source are installed radiation, the first and second storage blocks, the first and second subtraction blocks, a phase detector, the first, second and third analog-to-digital converters, a microprocessor, an indicator, In this case, the first and second beam splitters, the incidence planes of which are orthogonal, are installed in series along the test optical radiation at the Brewster angle, the first mixing plate, forming optics and the first photodetector are installed in series along the reflected radiation from the first beam splitter, and successively installed along the reflected radiation from the second beam splitter a second mixing plate, forming optics and a second photodetector, along the reference optical radiation from the source forming polarized reference radiation, the forming optics, the second mixing plate, the 90 ° polarization plane rotator and the first mixing plate are installed in series, the forming optics and the first photodetector are installed in series along the reflected reference radiation from the first mixing plate, along the reflected reference radiation from the second mixing the plates are sequentially mounted forming optics and a second photodetector, the first output of the first photodetector is connected to the input of the first a memory unit, the output of which is connected to the first input of the first subtraction unit, the second output of the first photodetector is connected to the input of the first filter, the first output of which is connected to the second input of the first subtraction unit, the output of which is connected to the input of the first analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first microprocessor input, the second output of the first filter is connected to the first input of the phase detector, the first output of the second photodetector is connected to the input of the second storage unit, the output of which is connected nen with the first input of the second subtraction unit, the second output of the second photodetector is connected to the input of the second filter, the first output of which is connected to the second input of the second subtraction unit, the output of which is connected to the input of the second analog-to-digital converter, the output of which is connected to the second input of the microprocessor, the second output the second filter is connected to the second input of the phase detector, the output of the phase detector is connected to the input of the third analog-to-digital converter, the output of which is connected to the third input of the microprocess ora, whose output is connected to the input of the indicator.
RU2007131309/28A 2007-08-16 2007-08-16 Device for measuring polarisation parameters of optical radiation RU2340879C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131309/28A RU2340879C1 (en) 2007-08-16 2007-08-16 Device for measuring polarisation parameters of optical radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131309/28A RU2340879C1 (en) 2007-08-16 2007-08-16 Device for measuring polarisation parameters of optical radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2340879C1 true RU2340879C1 (en) 2008-12-10

Family

ID=40194440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007131309/28A RU2340879C1 (en) 2007-08-16 2007-08-16 Device for measuring polarisation parameters of optical radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2340879C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10895477B2 (en) Sine-cosine optical frequency encoder devices based on optical polarization properties
EP2863200B1 (en) Device and method for measuring phase delay distribution and fast axis azimuth distribution in real time
US8854629B2 (en) Optical coherence tomography system and method
US4480916A (en) Phase-modulated polarizing interferometer
US4176951A (en) Rotating birefringent ellipsometer and its application to photoelasticimetry
US4583855A (en) Optical phase measuring apparatus
CN109539975A (en) Single frequency laser interferometer nonlinearity erron modification method and device
JP5645011B2 (en) Modulated light analyzer and electric field or magnetic field measuring probe device using the modulated light analyzer
RU2340879C1 (en) Device for measuring polarisation parameters of optical radiation
RU2337331C1 (en) Method for polarisation plane azimuth measurement for optical emitter
EP0772038B1 (en) Method and apparatus for optical measuring by polarization analysis
RU2422783C2 (en) Device to measure optical radiation polarisation parameters
CN110260781A (en) Laser interferometer non-orthogonal errors modification method and device based on liquid crystal phase shifter
RU2284017C2 (en) Method of measurement of angle of polarization of optical radiation
JP7380382B2 (en) range finder
JP2020020641A (en) Optical analysis module and optical analyzer
CN108872750A (en) The remote mode-locked laser short-term stability measuring device of optics balance cross-correlation
RU2276348C1 (en) Method of changing azimuth of optical radiation polarization plane
JPH0448289A (en) Light wave range finder
Shin et al. The phase-sensitivity of a mach-zehnder interferometer for coherent light
Zhuravel’ et al. Signal Error Detection and Correction of Quadrature Detectors of Laser Interferometers
EP1669729A1 (en) A phase-diverse coherent optical spectrum analyzer
JPS58225301A (en) Optical type displacement measuring apparatus
JPH0735861A (en) Distance measuring equipment
RU2060475C1 (en) Method of measurement of harmonic oscillation amplitudes