本發(fā)明涉及斯托克斯參量校正方法，具體涉及一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法。

背景技術：

1、高能激光技術在原子核物理、激光加工等領域得到了廣泛應用。尤其是在科學研究、先進制造等領域，高能激光的精確檢測對研究的可靠性和制造的質量具有重要意義。激光參數(shù)中的偏振是關鍵的檢測參數(shù)，它描述了光的電(磁)場矢量的振蕩路徑，可以揭示光與物質相互作用過程中很多無法直接觀測的特征。例如，偏振態(tài)的變化可能表明材料對激光的吸收、反射或散射特性。

2、在高能激光參數(shù)的檢測中，通常由于探測器測量范圍的限制，必須使用分光光學系統(tǒng)來衰減激光能量，現(xiàn)有的高能激光偏振檢測系統(tǒng)的示意圖如圖1所示，激光從高能激光光源01發(fā)出，通過分光光學系統(tǒng)02進行能量衰減，最后進入偏振儀03進行檢測；分光光學系統(tǒng)02包括多個分光鏡021，用于將激光束分割和衰減；偏振儀03包括四分之一波片、檢偏器和探測器。然而，分光光學系統(tǒng)02在衰減能量的同時會改變原入射高能激光的偏振態(tài)，這可能導致偏振參數(shù)測量誤差。特別是在涉及高精度需求的實驗或工業(yè)應用中，這種誤差將直接影響激光與材料相互作用的精確評估。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決使用分光光學系統(tǒng)來衰減激光能量，會改變入射激光的偏振狀態(tài)，從而導致偏振參數(shù)測量誤差的不足之處，而提供一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法。

2、為了解決上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，本發(fā)明提供了如下技術解決方案：

3、一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，其特殊之處在于，包括如下步驟：

4、步驟1、由激光標定光源輸出激光，激光經(jīng)起偏器起偏后輸入分光光學系統(tǒng)，通過功率計測量激光通過分光光學系統(tǒng)前功率、通過分光光學系統(tǒng)后功率，計算得到p偏振光透過率kp、s偏振光透過率ks和非偏振光透過率ku，進而得到歸一化p偏振光透過率kpn、歸一化s偏振光透過率ksn、歸一化非偏振光透過率kun；

5、步驟2、激光通過分光光學系統(tǒng)后輸入偏振儀，通過旋轉偏振儀中四分之一波片連續(xù)改變激光的偏振態(tài)，使探測器接收到周期性變化的光功率信號，并將光功率信號p(臼)表達為斯托克斯參量(s0，s1，s2，s3)；臼為四分之一波片的快軸與偏振光的水平分量之間的夾角；s0表示總光強度，s1表示水平和垂直偏振光強度差，s2表示+45°和-45°偏振光強度差，s3表示左旋圓偏振和右旋圓偏振光強度差；

6、步驟3、對臼進行周期性采樣，得到n個采樣點的光功率信號；通過傅里葉分析法對第n個采樣點的光功率信號p(θn)進行計算，得到通過分光光學系統(tǒng)后激光的斯托克斯參量(s0，s1，s2，s3)；

7、n為偶數(shù)且n≥16，采樣間隔為360°/n；n＝1，2，...，n；

8、步驟4、結合步驟1得到的歸一化p偏振光透過率kpn、歸一化s偏振光透過率ksn、歸一化非偏振光透過率kun，對步驟6得到的斯托克斯參量(s0，s1，s2，s3)進行校正，得到校正后斯托克斯參量(s0c，s1c，s2c，s3c)，完成斯托克斯參量校正。

9、進一步地，所述步驟2具體為：

10、激光通過分光光學系統(tǒng)后輸入偏振儀，將偏振儀中檢偏器的透光軸調整至與偏振光的水平分量平行，通過旋轉四分之一波片連續(xù)改變激光的偏振態(tài)，使探測器接收到周期性變化的光功率信號，并將光功率信號p(臼)表達為斯托克斯參量(s0，s1，s2，s3)：

11、

12、式中，b＝s3，

13、進一步地，所述步驟3具體如下：

14、步驟3.1、對臼進行周期性采樣，得到n個采樣點的光功率信號；其中第n個采樣點的光功率信號p(θn)的光功率信號為：

15、

16、步驟3.2、通過傅里葉分析法對光功率信號p(θn)進行計算，得到參數(shù)a，b，c，d的表達式：

17、

18、

19、步驟3.3、計算通過分光光學系統(tǒng)后激光的斯托克斯參量(s0，s1，s2，s3)為：

20、s0＝a一c，s1＝2c，s2＝2d，s3＝b。

21、進一步地，所述步驟4具體為：

22、步驟4.1、根據(jù)步驟3得到的斯托克斯參量(s0，s1，s2，s3)計算通過分光光學系統(tǒng)后激光的偏振光強度sp和偏振度p：

23、

24、步驟4.2、根據(jù)偏振度p和參量s1，計算偏振光的水平分量方向電場振幅ex、偏振光的垂直分量方向電場振幅ey：

25、

26、步驟4.3、結合步驟1得到的歸一化p偏振光透過率kpn、歸一化s偏振光透過率ksn、歸一化非偏振光透過率kun，對步驟3得到的斯托克斯參量(s0，s1，s2，s3)進行校正，得到校正后斯托克斯參量(s0c，s1c，s2c，s3c)：

27、

28、完成斯托克斯參量校正。

29、進一步地，所述步驟1具體如下：

30、步驟1.1、由激光標定光源輸出激光，激光經(jīng)起偏器起偏輸出p偏振光至分光光學系統(tǒng)，通過功率計測量激光通過分光光學系統(tǒng)前功率、通過分光光學系統(tǒng)后功率，計算p偏振光透過率kp；

31、步驟1.2、調整起偏器的透光軸方向，使激光經(jīng)起偏器起偏輸出s偏振光至分光光學系統(tǒng)，通過功率計測量激光通過分光光學系統(tǒng)前功率、通過分光光學系統(tǒng)后功率，計算s偏振光透過率ks；

32、步驟1.3、根據(jù)p偏振光透過率kp、s偏振光透過率ks，計算非偏振光透過率ku；

33、步驟1.4、計算歸一化p偏振光透過率kpn、歸一化s偏振光透過率ksn、歸一化非偏振光透過率kun。

34、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

35、(1)本發(fā)明一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，通過標定分光光學系統(tǒng)的偏振透過率(包括p偏振、s偏振以及非偏振光透過率)，并結合傅里葉分析來提取激光的斯托克斯參量，再利用偏振透過率校正斯托克斯參量，進一步消除了分光光學系統(tǒng)引入的偏振誤差，使得校正后的偏振參數(shù)更加接近激光的真實狀態(tài)。

36、(2)本發(fā)明通過歸一化透過率的計算和應用，可以有效補償分光光學系統(tǒng)導致的測量誤差，并確保校正過程中的偏差降到最低。

37、(3)本發(fā)明在斯托克斯參量校正過程中，通過結合歸一化的p偏振光、s偏振光和非偏振光透過率，可以精確校正不同偏振成分的透過情況，能夠確保校正后的斯托克斯參量真實反映激光的原始偏振狀態(tài)，從而為后續(xù)應用(如激光加工、光學實驗)提供高精度的偏振數(shù)據(jù)支持。

技術特征：

1.一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，所述步驟2具體為：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，所述步驟3具體如下：

4.根據(jù)權利要求3所述的一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，所述步驟4具體為：

5.根據(jù)權利要求1至4任一所述的一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，所述步驟1具體如下：

技術總結
本發(fā)明涉及斯托克斯參量校正方法，具體涉及一種適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，用于解決使用分光光學系統(tǒng)來衰減激光能量，會改變入射激光的偏振狀態(tài)，從而導致偏振參數(shù)測量誤差的不足之處。該適用于高能激光偏振檢測的斯托克斯參量校正方法，通過標定分光光學系統(tǒng)的偏振透過率，并結合傅里葉分析來提取激光的斯托克斯參量，再利用偏振透過率校正斯托克斯參量，進一步消除了分光光學系統(tǒng)引入的偏振誤差，使得校正后的偏振參數(shù)更加接近激光的真實狀態(tài)。

技術研發(fā)人員：張毅暉,陳永權,王璞,達爭尚
受保護的技術使用者：中國科學院西安光學精密機械研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9