一种快速偏振检测仪和检测方法

摘要

本发明公开了一种快速偏振检测仪及采用该检测仪的检测方法，该偏振检测仪包括依次设置于光路上的检偏模块、光强探测器以及与所述光强探测器的输出端相连的信号处理装置，所述检偏模块包含至少3个检偏通道，各检偏通道分别对同一待测偏振光束进行同时性分束检偏，使得通过各检偏通道的出射光分束包含不同的偏振信息，所述光强探测器是可探测光束数量不少于检偏通道数量的光强探测器，所述光强探测器记录下各出射光分束的光强信息并输出至所述信号处理装置，所述信号处理装置根据各出射光分束的光强信息以及各检偏通道的偏振性质确定所述待测偏振光束的偏振态。本发明能同时性地快速准确测量光线的偏振态，结构简单，成本低。

主权项

一种快速偏振检测仪，其特征在于,包括依次设置于光路上的检偏模块、光强探测器以及与所述光强探测器的输出端相连的信号处理装置，所述检偏模块包含至少3个检偏通道，各检偏通道分别对同一待测偏振光束进行同时性分束检偏，使得通过各检偏通道的出射光分束包含不同的偏振信息，所述光强探测器是可探测光束数量不少于检偏通道数量的光强探测器，所述光强探测器记录下各出射光分束的光强信息并输出至所述信号处理装置，所述信号处理装置根据各出射光分束的光强信息以及各检偏通道的偏振性质，按照以下公式确定所述待测偏振光束的偏振态：I＝A·S_in上式中，I是光强探测器测量得到的n个光强信号组成的光强向量：I＝(i₁ i₂ i₃ … i_n)^T，n不小于3，S_in是待测偏振光束的斯托克斯向量：S_in＝(s₀ s₁ s₂ s₃)^T，A是由各检偏通道所确定的仪器矩阵，待测偏振光束的斯托克斯向量S_in为：S_in＝A^‑1·I，A^‑1为A矩阵的逆或伪逆；所述检偏模块包含偏振光通光方向不同的4个检偏通道，所述光强探测器为探测4个检偏通道各出射光分束的四象限探测器或等效探测器，所述偏振检测仪还包括针对其中一个检偏通道设置的消色差波片，其快轴方向与对应的检偏通道的通光方向不同，所述波片使得入射到该检偏通道的光束部分具有一个相位延迟，所述信号处理装置根据各出射光分束的光强信息、各偏振通道中偏振片的通光方向、波片快轴方向及所述相位延迟，通过以下公式确定所述待测偏振光束的偏振态：I＝A·S_in式中，I是所述四象限探测器探测到的光强向量，A是由各检偏通道所确定的仪器矩阵，S_in是待测偏振光束的斯托克斯向量，其中：I＝(i₁ i₂ i₃ i₄)^T$A(1,:)=\left(\begin{array}{cccc}{p}_x^2+p_y^2,& cos2{\theta }_{p1}·(p_x^2-p_y^2),& sin2{\theta }_{p1}·(p_x^2-p_y^2),& 0\end{array}\right)$$A(2,:)=\left(\begin{array}{cccc}{p}_x^2+p_y^2,& cos2{\theta }_{p2}·(p_x^2-p_y^2),& sin2{\theta }_{p2}·(p_x^2-p_y^2),& 0\end{array}\right)$$A(3,:)=\left(\begin{array}{cccc}{p}_x^2+p_y^2,& cos2{\theta }_{p3}·(p_x^2-p_y^2),& sin2{\theta }_{p3}·(p_x^2-p_y^2),& 0\end{array}\right)$$\begin{array}{c}A(4,:)=(p_x^2+p_y^2,\\ cos2{\theta }_{p4}·(p_x^2-p_y^2)·({\cos }^{2}2{\theta }_r+\cos \delta ·{\sin }^{2}2{\theta }_r)+\sin 2{\theta }_{p4}·(p_x^2-p_y^2)·(cos2{\theta }_r·\sin 2{\theta }_r-\cos 2{\theta }_r·\sin 2{\theta }_r·\cos \delta ),\\ \sin 2{\theta }_{p4}·(p_x^2-p_y^2)·(cos\delta ·{\cos }^{2}2{\theta }_r+{\sin }^{2}2{\theta }_r)+\cos 2{\theta }_{p4}·(p_x^2-p_y^2)·(cos2{\theta }_r·\sin 2{\theta }_r-\cos 2{\theta }_r·\sin 2{\theta }_r·\cos \delta ),\\ cos2{\theta }_r·\sin 2{\theta }_{p4}·\cos \delta ·(p_x^2-p_y^2)-cos2{\theta }_{p4}·\sin 2{\theta }_r·\sin \delta ·(p_x^2-p_y^2))\end{array}$p_x和p_y分别为偏振片通光极大方向和极小方向的出射光与入射光电场强度比，θ_p为偏振片极大通光方向的方位角，δ和θr分别为波片的相位延迟大小和双折射快轴方位角，右下标中的数字变化代表不同的检偏通道内的偏振片，确定待测偏振光束的斯托克斯向量S_in为：S_in＝A^‑1·I，A^‑1为A矩阵的逆；各检偏通道中偏振片的通光方向、波片的快轴方向和所述相位延迟通过以下条件确定：仪器矩阵A的条件数k(A)：k(A)＝||A||·||A^‑1||，其中A的第二类范数为其中，各检偏通道中偏振片的通光方向以及波片的快轴方向和所述相位延迟使A矩阵的条件数k(A)达到最小或不低于预设的上限阈值；4个检偏通道中任意三个通道的偏振片通光方向分别设置为0度，60度，120度或其他等效的三组三等分180度的角度；第四个通道的偏振片通光方向任意，波片的快轴方向相对该偏振片通光方向为45度，相位延迟设置为90度。