专利名称：全光场全斯托克斯参量检测装置和检测方法
技术领域：
本发明涉及斯托克斯参量，特别是一种全光场全斯托克斯参量检测装置和检测方法。
背景技术：
高精密成像系统中大数值孔径投影物镜的使用，导致入射波严重离轴倾斜，使TE 和TM两种偏振光的透射率不同，从而导致成像对比度严重下降，客观上必然要求对大数值孔径投影物镜全光场全斯托克斯参量进行提取和分析。^ T1C ^ ^ Hauge， P. S. ， Azzam, R. Μ. Α. ， et al, "Stokes Polarimetry, ” in Polarized Light, Dennis Goldstein. (Second Edition, Revised and Expanded, Marcel Dekker, Inc.，2003).中的旋转元件偏振测量法(rotating elementpolarimetry)、振荡元件偏振测量法(oscillating element polarimetry)和相位调制偏振测量法(phase modulation polarimetry)，均可以测量斯托克斯参量中的三个或者四个，在旋转元件偏振测量法中，偏振器或者相位延迟器是旋转的，需要在不同的方位角进行测量，在振荡元件偏振测量法中，需要在振荡过程中的不同点进行测量，在相位调制偏振测量法中，需要在不同相点进行测量，为了提取出光场上某一特定场点的全部斯托克斯参量，需要对该点连续检测四次以上，如果要检测整个光场，需要逐点进行扫描，因此这些装置无法实现全光场全斯托克斯参量快速实时测量，并且有些装置需要精密旋转机构进行旋转，从而引入较大测量误差。在先技术 John Ε. Hubbs, Mark Ε. Gramer, et al, "Measurement of theRadiometric and Polarization Characteristics of a Micro—Grid PolarizerInfrared Focal Plane Array", Proc.SPIE 6295，62950C，2006.James K. Boger,et al,"Modeling Precision and Accuracy of a LffIR Microgrid ArrayImaging Polarimeter”，Proc. SPIE 5888，58880U，2005.、[David B. Chenault, et al, "Handheld Polarimeter for Phenomenology Studies，，，Proc. SPIE 5432, 2004.]及[Bruce Winker, et al, "Liquid Crystal Tunable Polarization Filterfor Target Detection Applications”，Proc. SPIE 6972，697209，2008.]中提出的瞬时多路测量成像偏振探测仪主要由微偏振检偏器阵列(3)、CCD探测器阵列以及一些其他的原件所组成，但其中没有补偿器O)，可以实现全光场全斯托克斯参量的实时检测，且不受环境变化影响，然而却只能检测前三个斯托克斯参量，不能够提取右旋或者左旋偏振光的光强度信息，因此提取不出第四个斯托克斯参数，对偏振信息的检测不全。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述在先技术1中存在的需要逐点测量多次、对全光场进行扫描以及在先技术2中存在的对偏振信息的检测不全等问题，提供一种全光场全斯托克斯参量检测装置和检测方法，该装置具有共光轴且结构简单稳定、高空间分辨率和测量速度较快的特点。本发明的技术解决方案如下—种全光场全斯托克斯参量检测装置，其特点在于，该装置包括补偿器、微偏振检偏器阵列、CCD探测器阵列、放大器、同步数据采集卡、计算机系统和偏压控制器，其位置关系是沿着待测光学系统所产生的平行入射光束前进方向上，依次是所述的补偿器、微偏振检偏器阵列和CCD探测器阵列；所述微偏振检偏器阵列是由微偏振检偏器超像素的阵列组成，所述的微偏振检偏器超像素由O度线偏振微检偏器、45度线偏振微检偏器、90度线偏振微检偏器和135度线偏振微检偏器组成；所述的CCD探测器阵列是由CCD探测器超像素的阵列组成的，所述CCD 探测器阵列超像素是由四个相同的CCD探测器子像素组成；所述的微偏振检偏器阵列和所述的CCD探测器阵列集成在一起，使所述的微偏振检偏器超像素阵列和CCD探测器超像素阵列一一对准，形成对准超像素阵列；所述的CCD探测器阵列经所述的放大器、同步数据采集卡与所述的计算机系统的输入端相连，该计算机系统的输出端接所述的偏压控制器的输入端，该偏压控制器的输出端接所述的补偿器的控制端。所述补偿器为光弹调制器、液晶相位延迟器、铌酸锂晶体光学元件或者器件。所述同步数据采集卡是具有A/D转换功能的多通道高速数据采集卡。所述计算机安装有数据处理、分析软件以及偏压控制器的偏压控制软件。所述偏压控制器是0V-6000V连续可调的直流稳压电源。利用上述全光场全斯托克斯参量检测装置对平行入射光的全光场全斯托克斯参量的检测方法，该方法包括下列步骤①改变偏控电压，得到电光延迟为2 π的光强矩阵计算机系统通过所述的偏压控制器改变所述的补偿器上偏控电压的大小，使所述的补偿器产生的电光延迟为2 π，此时，待测光学系统产生的平行入射光束通过所述的补偿器照射在所述的微偏振检偏器阵列的超像素，由所述的CCD探测器阵列的超像素对光强信号进行探测，与所述的微偏振检偏器超像素中的四个微检偏器子像素0度线偏振微检偏器、45度线偏振微检偏器、90度线偏振微检偏器、135度线偏振微检偏器相对应所述的CCD 探测器阵列的超像素的四个相同的CCD探测器子像素探测到的光强依次为、、145、I9tl和
权利要求
1.一种全光场全斯托克斯参量检测装置，其特征在于，该装置包括补偿器O)、微偏振检偏器阵列(3)、CCD探测器阵列0)、放大器(6)、同步数据采集卡(7)、计算机系统(8) 及偏压控制器(9)，其位置关系是沿着待测光学系统(1)所产生的平行入射光束前进方向上，依次是所述的补偿器O)、微偏振检偏器阵列C3)和CCD探测器阵列；所述微偏振检偏器阵列( 是由微偏振检偏器超像素(301)的阵列组成，所述的微偏振检偏器超像素(301)由0度线偏振微检偏器(302)、45度线偏振微检偏器(303)、90度线偏振微检偏器(304)和135度线偏振微检偏器(30 组成；所述的CCD探测器阵列(4)是由CCD探测器超像素(401)的阵列组成的，所述CCD探测器阵列超像素(401)是由四个相同的CCD探测器子像素组成；所述的微偏振检偏器阵列( 和所述的CCD探测器阵列(4)集成在一起，使所述的微偏振检偏器超像素(301)阵列和CCD探测器超像素001)阵列一一对准，形成对准超像素阵列(301-401)；所述的CCD探测器阵列(4)经所述的放大器(6)、同步数据采集卡(7)与所述的计算机系统⑶的输入端相连，该计算机系统⑶的输出端接所述的偏压控制器(9)的输入端，该偏压控制器(9)的输出端接所述的补偿器(2)的控制端。
2.根据权利要求1所述的全光场全斯托克斯参量检测装置，其特征在于所述补偿器 (2)为光弹调制器、液晶相位延迟器、铌酸锂晶体等光学元件或者器件。
3.根据权利要求1所述的全光场全斯托克斯参量检测装置，其特征在于所述同步数据采集卡(7)是具有A/D转换功能的多通道高速数据采集卡。
4.根据权利要求1所述的全光场全斯托克斯参量检测装置，其特征在于所述计算机 (8)安装有数据处理、分析软件以及偏压控制器(9)的偏压控制软件。
5.根据权利要求1所述的全光场全斯托克斯参量检测装置，其特征在于所述偏压控制器(9)是0V-6000V连续可调的直流稳压电源。
6.利用权利要求1所述的全光场全斯托克斯参量检测装置对平行入射光的全光场全斯托克斯参量的检测方法，其特征在于，该方法包括下列步骤①改变偏控电压，得到电光延迟为2 π的光强矩阵计算机系统(8)通过所述的偏压控制器(9)改变所述的补偿器( 上偏控电压的大小，使所述的补偿器(2)产生的电光延迟为，此时，待测光学系统(1)产生的平行入射光束通过所述的补偿器( 照射在所述的微偏振检偏器阵列(3)的超像素(301)，由所述的 CCD探测器(4)阵列的超像素(401)对光强信号进行探测，与所述的微偏振检偏器超像素 (301)中的四个微检偏器子像素0度线偏振微检偏器(302)、45度线偏振微检偏器(303)、 90度线偏振微检偏器(304)、135度线偏振微检偏器(30 相对应所述的CCD探测器(4)阵列的超像素G01)的四个相同的CXD探测器子像素探测到的光强依次为=ItlUpI9tl和I135
全文摘要
一种全光场全斯托克斯参量检测装置和检测方法，该装置包括补偿器、微偏振检偏器阵列、CCD探测器阵列、放大器、同步数据采集卡、计算机系统及偏压控制器。该方法包括改变偏控电压，得到电光延迟为2π的光强矩阵；改变偏控电压，得到电光延迟为π/2的光强矩阵；对两个光强矩阵进行数据处理即可获得全光场全斯托克斯参量。本发明具有共光轴且结构简单、稳定、高空间分辨率和测量速度快的特点。
文档编号G01J4/00GK102538971SQ20121001526
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者曹绍谦, 李中梁, 步扬, 步鹏, 汤飞龙, 王向朝 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所