專利名稱：偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀及測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種偏振光斯托克斯參量的測量裝置，尤其涉及一種能夠?qū)崟r高速測量，無須計算個別元件的米勒矩陣，結構緊湊小巧的采用分振幅方法的偏振光斯托克斯參
量的測量裝置。
背景技術：
隨著偏振光技術的迅速發(fā)展，人們希望了解光束的偏振特性。光束的偏振特性是指光束的偏振態(tài)。描述光束偏振態(tài)的最普遍的方法，是用一組物理量綱完全相同的參量——斯托克斯參量來描述。描述器件性質(zhì)的米勒矩陣與描述光束的斯托克斯參量的結合，能夠解決幾乎所有的光束傳播問題，這也是整個矩陣光學的核心內(nèi)容。不僅如此，對斯托克斯參量的測量也是有著很大的實用價值。物體發(fā)射或反射的光束的斯托克斯參量帶有豐富的物體的信息，因此斯托克斯參量的測量在遙感和軍事目標辨?zhèn)蔚燃夹g中有著重要的應用。根據(jù)分振幅測量原理測量偏振態(tài)的斯托克斯參量，目前常用的有兩種具體的實施方法FDP (Four Detector Photopolarimeter)禾口 DOAP (Divison of Amplitude Photopolarimeter). FDP方法的缺點是需要使用特殊材料的探測器，而且要求光束在每次反射時，必須保持在不同的平面內(nèi)，對角度的要求非常嚴格。DOAP的方法可以隨著系統(tǒng)對精度的要求程度拓展光路的數(shù)目以及探測器的數(shù)目，而且可以解決寬波段偏振態(tài)的實時測量，因此它更具有普遍性和拓展性。大多數(shù)分振幅測量偏振態(tài)斯托克斯參量的系統(tǒng)都是采用普通的分光鏡，對波長大于在630nm—680nm的偏振光進行研究，而對于現(xiàn)在普遍應用在光纖轉(zhuǎn)播中的1550nm波長的偏振光測量系統(tǒng)非常之少。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀及測量方法，本發(fā)明結構緊湊，體積較小，可以將光纖中的偏振光分成四路光路，分別接受檢測，得到當前偏振態(tài)的四個斯托克斯參量，研究了新波長的測量裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀，包括外殼、單纖準直器、偏振分光器、第一雙折射棱鏡Wollaston棱鏡、第二雙折射棱鏡Wollaston棱鏡、第一屋脊棱鏡、第二屋脊棱鏡、第一雙纖準直器和第二雙纖準直器等；其中，所述單纖準直器、偏振分光器、第一雙折射棱鏡Wollaston棱鏡、第二雙折射棱鏡Wollaston棱鏡、第一屋脊棱鏡、第二屋脊棱鏡、第一雙纖準直器和第二雙纖準直器封裝在外殼內(nèi)；單纖準直器、偏振分光器、兩個雙折射棱鏡Wollaston棱鏡、兩個屋脊棱鏡和兩個雙纖準直器順序布置；單纖準直器發(fā)出的光線與偏振分光器的入射面的夾角為 90° ；第一 Wollaston棱鏡和第二 Wollaston棱鏡的入射面分別與偏振分光器射出的光線保持垂直；第一屋脊棱鏡對準第一 Wollaston棱鏡，第一屋脊棱鏡的入射面與對準的第一Wollaston棱鏡的兩束出射光線垂直，并將這兩束光線匯聚到第一雙纖準直器；第二屋脊棱鏡對準第二 Wollaston棱鏡，第二屋脊棱鏡的入射面與對準的第二 Wollaston棱鏡的兩束出射光線垂直，并將這兩束光線匯聚到第二雙纖準直器8。進一步地，所述單纖準直器與偏振分光器相距5_8mm，偏振分光器與第一雙折射棱鏡Wollaston棱鏡和第二雙折射棱鏡Wollaston棱鏡分別相距4_5mm，第一雙折射棱鏡 Wollaston棱鏡與第一屋脊棱鏡相距5mm，第二雙折射棱鏡Wollaston棱鏡與第二屋脊棱鏡相距5mm，第一屋脊棱鏡與第一雙纖準直器相距7mm，第二屋脊棱鏡與第二雙纖準直器相距 7mm ο一種應用上述分振幅測量儀的測量方法，包括以下步驟
(1)單纖準直器將光纖中的偏振光耦合進光路中；
(2)偏振分光器將單纖準直器射出的入射偏振光分成振動方向互相垂直的ρ光和s光兩束光，完成由一束光變?yōu)閮墒獾牡谝淮畏止猓?br>
(3)第一Wollaston棱鏡將偏振分光器發(fā)出的一條偏振光分為ο光和e光兩條不同的折射光線；第二 Wollaston棱鏡將偏振分光器發(fā)出的另一條偏振光也分為ο光和e光兩條不同的折射光線；從而將光路擴展到四路，完成第二次分光；
(4)第一屋脊棱鏡將第一Wollaston棱鏡發(fā)出的兩束出射光線轉(zhuǎn)換成兩束具有夾角的光，并匯聚到第一雙纖準直器；第二屋脊棱鏡將第二 Wollaston棱鏡發(fā)出的兩
束出射光線轉(zhuǎn)換成兩束具有夾角α= 3.74°的光，并匯聚到第二雙纖準直器；
(5)第一雙纖準直器和第二雙纖準直器分別輸出接收的兩束具有夾角《= 3.74°的光。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀能夠測得波長在1550nm的偏振光的偏振態(tài)，可以很好的利用于光纖傳輸?shù)慕獯a過程中。為了避免光在空間光路的發(fā)散，采用了封裝結構。本發(fā)明結構緊湊，體積小巧，能夠?qū)崟r有效的測量偏振光斯托克斯參量。
圖1是雙折射晶體計算光路示意圖； 圖2為準直器對光路長度影響計算示意圖3為發(fā)明偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀的光路走向示意圖； 圖中，單纖準直器1、偏振分光器2、第一 Wollaston棱鏡3、第二 Wollaston棱鏡4、第一屋脊棱鏡5、第二屋脊棱鏡6、第一雙纖準直器7、第二雙纖準直器8。
具體實施例方式關于雙折射晶體的計算，雙折射棱鏡采用材質(zhì)為釩酸釔晶體(FfO4 )的Wollaston
棱鏡。一束光正入射到該雙折射晶體，分為兩束光ο光和e光，ο光沿原方向前進，而e光的偏轉(zhuǎn)角《跟晶體的光軸有關，如圖1所示為雙折射晶體計算光路示意圖。設雙折射晶體ο光的折射率為n。，e光的折射率為ne，e光的偏轉(zhuǎn)角力 雙折射晶體的光軸和光傳播方向夾角力一則有公式
權利要求
1.一種偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀，其特征在于，包括外殼、單纖準直器 (1)、偏振分光器(2)、第一雙折射棱鏡WolIaston棱鏡(3)、第二雙折射棱鏡WolIaston棱鏡(4)、第一屋脊棱鏡(5)、第二屋脊棱鏡(6)、第一雙纖準直器(7)和第二雙纖準直器(8) 等；其中，所述單纖準直器(1)、偏振分光器(2)、第一雙折射棱鏡Wollaston棱鏡(3)、第二雙折射棱鏡Wollaston棱鏡(4)、第一屋脊棱鏡(5)、第二屋脊棱鏡(6)、第一雙纖準直器 (7)和第二雙纖準直器(8)封裝在外殼內(nèi)；單纖準直器(1)、偏振分光器(2)、兩個雙折射棱鏡Wollaston棱鏡、兩個屋脊棱鏡和兩個雙纖準直器順序布置；單纖準直器(1)發(fā)出的光線與偏振分光器(2)的入射面的夾角為90° ；第一 Wollaston棱鏡(3)和第二 Wollaston 棱鏡(4)的入射面分別與偏振分光器(2)射出的光線保持垂直；第一屋脊棱鏡(5)對準第 -Wollaston棱鏡(3)，第一屋脊棱鏡(5)的入射面與對準的第一 Wollaston棱鏡(3)的兩束出射光線垂直，并將這兩束光線匯聚到第一雙纖準直器(7)；第二屋脊棱鏡(6)對準第二 Wollaston棱鏡(4)，第二屋脊棱鏡(6)的入射面與對準的第二 Wollaston棱鏡(4)的兩束出射光線垂直，并將這兩束光線匯聚到第二雙纖準直器(8 )。
2.根據(jù)權利要求1所述偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀，其特征在于，所述單纖準直器(1)與偏振分光器(2 )相距5-8mm，偏振分光器(2 )與第一雙折射棱鏡Wol Iaston棱鏡(3)和第二雙折射棱鏡Wollaston棱鏡(4)分別相距4_5mm，第一雙折射棱鏡Wollaston 棱鏡(3)與第一屋脊棱鏡(5)相距5mm，第二雙折射棱鏡Wollaston棱鏡(4)與第二屋脊棱鏡(6)相距5mm，第一屋脊棱鏡(5)與第一雙纖準直器(7)相距7mm，第二屋脊棱鏡(6)與第二雙纖準直器(8)相距7mm。
3.一種應用權利要求1所述分振幅測量儀的測量方法，其特征在于，包括以下步驟(1)單纖準直器(1)將光纖中的偏振光耦合進光路中；(2)偏振分光器(2)將單纖準直器射出的入射偏振光分成振動方向互相垂直的ρ光和 s光兩束光，完成由一束光變?yōu)閮墒獾牡谝淮畏止猓?3)第一Wollaston棱鏡(3)將偏振分光器(2)發(fā)出的一條偏振光分為ο光和e光兩條不同的折射光線；第二 Wollaston棱鏡(4)將偏振分光器(2)發(fā)出的另一條偏振光也分為ο光和e光兩條不同的折射光線；從而將光路擴展到四路，完成第二次分光；(4)第一屋脊棱鏡(5)將第一Wollaston棱鏡(3)發(fā)出的兩束出射光線轉(zhuǎn)換成兩束具有夾角ff = 174°的光，并匯聚到第一雙纖準直器(7)；第二屋脊棱鏡(6)將第二 Wollaston 棱鏡(4)發(fā)出的兩束出射光線轉(zhuǎn)換成兩束具有夾角α = 3.74°的光，并匯聚到第二雙纖準直器(8);(5)第一雙纖準直器(7)和第二雙纖準直器(8)分別輸出接收的兩束具有夾角 = 3.74° 的光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振光斯托克斯參量的分振幅測量儀及測量方法，主要依據(jù)分振幅測量原理，對偏振光的斯托克斯矢量進行測量。設計采用封裝結構，結構中包括單纖準直器，雙纖準直器，偏振分光器PBS，雙折射棱鏡Wollaston棱鏡，以及屋脊棱鏡。通過對光路的計算，將以上光學元件按照一定順序與距離，固定于封裝盒中。本發(fā)明可以有效地將一束入射偏振光分成四條光路，通過對四條光路的接收測量，無須對每個光學元件的米勒矩陣進行測量，只需要通過定標測試就可以確定整個系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣，所以本發(fā)明能夠快速實時的計算出入射偏振光的四個斯托克斯參量，且準確性較高。
文檔編號G01J4/00GK102288294SQ20111011850
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權日2011年5月9日
發(fā)明者徐曉姍, 池灝, 章獻民, 鄭史烈, 金曉峰 申請人:浙江大學