光场偏振态测量方法、装置、计算机设备和存储介质与流程

本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种光场偏振态测量方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着光场偏振测量技术的发展，出现了一种光场偏振态几率密度检测理论技术。该技术利用空间分布的相位调制器件产生偏振相关的点扩散函数(psf)图像，并在贝叶斯统计理论框架下处理psf图像，计算得到待测光场的偏振态几率密度分布函数。

然而，传统方式中，虽然建立了光场偏振态几率密度检测与小孔成像的点扩散函数之间的理论关系，但其检测系统中的特定相位调制器的理论琼斯矩阵没有在上述理论关系中显现，而且该理论关系仅在实验测量选定的特定相位调制器件是理想的、无误差的情况下才能成立。由于相位调制器的琼斯矩阵是无法直接测量的，通常在测试数据处理中需要使用所设计相位调制器件的理想琼斯矩阵。从而也无法通过实验标定检测系统中相位调制器件的加工误差和检测系统的误差，导致光场偏振态测量精度不够高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高光场偏振态测量精度的光场偏振态测量方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种光场偏振态测量方法，所述方法包括：获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据；所述标定入射光通过待测相位调制器输出得到所述标定出射光；根据所述入射偏振态数据和所述出射偏振态数据，计算得到所述待测相位调制器的目标穆勒矩阵；将所述目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与所述目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数；所述目标偏振态几率密度分布函数的横坐标和纵坐标分别为斯托克斯参量和相应的几率值；所述目标偏振态几率密度分布函数与待测光场相对应；获取所述目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量；通过所述目标斯托克斯参量表示所述待测光场的偏振态。

在其中一个实施例中，所述根据所述入射偏振态数据和所述出射偏振态数据，计算得到所述待测相位调制器的目标穆勒矩阵，包括：根据所述入射偏振态数据和所述出射偏振态数据，获取多组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，以及与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强；根据所述第一穆勒矩阵和所述第二穆勒矩阵计算得到所述待测光场相对应的仪器矩阵，并转换得到所述仪器矩阵的广义逆矩阵；将获取的多组目标光强转为光强向量；将所述广义逆矩阵点乘所述光强向量，得到所述待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

在其中一个实施例中，所述将所述目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与所述目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数，包括：获取所述待测光场对应的点扩散函数光强分布图像；提取所述点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个所述空间位置信息对应的光子数信息；将所述目标穆勒矩阵、所述多个空间位置信息以及与每个所述空间位置信息对应的光子数信息输入预先构建的偏振态几率密度分布模型；对输入所述目标穆勒矩阵、所述多个空间位置信息以及与每个所述空间位置信息对应的光子数信息后的偏振态几率密度分布模型进行转换处理，输出得到与所述目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。

在其中一个实施例中，所述获取所述目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量，包括：对所述目标偏振态几率密度分布函数取对数，得到邦加球坐标系上的三维函数；按照预设精度选取多个测试斯托克斯参量输入所述邦加球坐标系上的三维函数，得到与每个所述测试斯托克斯参量相应的测试几率值；将所得的最大的测试几率值对应的测试斯托克斯参量作为目标斯托克斯参量。

在其中一个实施例中，所述目标偏振态几率密度分布模型包括：

其中，u1＝∫u1(x)d²x，且待测相位调制器的目标穆勒矩阵为xi表示第i个空间位置信息(共有ii个空间位置)；ni表示与第i个空间位置信息xi对应的光子数信息；表示待测光场对应的目标斯托克斯参量。

一种光场偏振态测量装置，所述装置包括：偏振态产生器，用于产生标定入射光的入射偏振态数据；偏振态分析器，用于产生标定出射光的出射偏振态数据；所述标定入射光通过待测相位调制器输出得到所述标定出射光；处理器，用于根据所述入射偏振态数据和所述出射偏振态数据，计算得到所述待测相位调制器的目标穆勒矩阵；将所述目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与所述目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数；所述目标偏振态几率密度分布函数的横坐标和纵坐标分别为斯托克斯参量和相应的几率值；所述目标偏振态几率密度分布函数与待测光场相对应；获取所述目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量；通过所述目标斯托克斯参量表示所述待测光场的偏振态。

在其中一个实施例中，所述偏振态产生器和所述偏振态分析器还用于产生多组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，所述装置还包括探测器，用于获取与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强；所述处理器还用于根据所述第一穆勒矩阵和所述第二穆勒矩阵计算得到所述待测光场相对应的仪器矩阵，并转换得到所述仪器矩阵的广义逆矩阵；将获取的多组目标光强转为光强向量；将所述广义逆矩阵点乘所述光强向量，得到所述待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

在其中一个实施例中，所述偏振态分析器用于作为左旋检偏器，调制待测光场；所述探测器还用于获取所述待测光场对应的点扩散函数光强分布图像；所述处理器还用于提取所述点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个所述空间位置信息对应的光子数信息；将所述目标穆勒矩阵、所述多个空间位置信息以及与每个所述空间位置信息对应的光子数信息输入预先构建的偏振态几率密度分布模型；对输入后的偏振态几率密度分布模型进行转换处理，输出得到与所述目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个实施例中所述的光场偏振态测量方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述各个实施例中所述的光场偏振态测量方法的步骤。

上述光场偏振态测量方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据，并根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵，实现对待测相位调制器的在线标定。通过提供预先构建偏振态几率密度分布模型，使得能够根据标定的待测相位调制器的实际的目标穆勒矩阵得到反映斯托克斯参量和相应的几率值的目标偏振态几率密度分布函数。通过获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量，表示待测光场的偏振态。通过对待测相位调制器的在线定标，能够测得待测相位调制器在待测光场中的实际的目标穆勒矩阵，且通过提供预先构建的偏振态几率密度分布模型，克服了现有的理论模型隐藏相位调制器件的琼斯矩阵，且无法测量器件琼斯矩阵导致无法标定系统误差的问题，从而提高了光场偏振态测量的精度。。

附图说明

图1为一个实施例中光场偏振态测量方法的应用场景图；

图2为一个实施例中光场偏振态测量方法的流程示意图；

图3为另一个实施例中光场偏振态测量方法的流程示意图；

图4为一个实施例中实验采集十六幅点扩散函数光强分布图像；

图5为一个实施例中十六幅归一化的光强分布仿真图像；

图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的光场偏振态测量方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。参照图1，该应用环境包括光源102，空间滤波器104，准直透镜106，偏振态产生器108，待测相位调制器110，偏振态分析器112，探测器114以及终端116。其中，光源102可以是氦氖激光器。空间滤波器104可由显微物镜和小孔构成。偏振态产生器108可以由偏振片p1和λ/4波片q1构成，偏振态分析器112可以由偏振片p2与λ/4波片q2构成，且偏振态产生器108与偏振态分析器112结构对称。终端116分别与偏振态产生器108、偏振态分析器112及探测器114通过网络进行通信。终端114可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。

光源102产生初始光束之后，光束通过空间滤波器104中的显微物镜汇聚到小孔上，由小孔衍射出一球面波，达到滤去高频分量又保证较高能量利用率的作用。准直透镜106将小孔衍射的球面波准直为一束平行光束用于进一步地测量。平行光束通过偏振态产生器108可得到标定入射光的入射偏振态数据。标定入射光通过待测相位调制器110及偏振态分析器112之后可得到标定出射光的出射偏振态数据。终端116可获取入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器110的目标穆勒矩阵。当终端116将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。终端116获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量，并通过目标斯托克斯参量表示应用环境中待测光场的偏振态。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种光场偏振态测量方法，以该方法应用于图1中的终端116为例进行说明，包括以下步骤：

步骤202，获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据；标定入射光通过待测相位调制器输出得到标定出射光。

标定入射光是指用于标定待测相位调制器的光束，可以是通过偏振态产生器、入射待测相位调制器的光束。入射偏振态数据是指标定入射光的偏振态数据。标定出射光是指标定入射光通过待测相位调制器以及偏振态分析器输出得到的光束。出射偏振态数据是指标定出射光的偏振态数据。其中，入射偏振态数据包括但不限于偏振态产生器的穆勒矩阵，出射偏振态数据包括但不限于偏振态分析器的穆勒矩阵。平行光束在通过偏振态产生器之后会转换为具有特定偏振态的标定入射光。标定入射光在通过待测相位调制器之后，可在偏振态分析器处获得另一偏振态的标定出射光。

待测相位调制器是指实际的穆勒矩阵需要进行标定的相位调制器。相位调制器是指可对光束进行相位调制的器件。待测相位调制器可以是特定的相位调制器，比如三重应力压制器件seo，待测相位调制器也可以是任意相位调制器pm。待测相位调制器可以以光学玻璃作为原材料，通过对光学玻璃施加三重对称压力的方法而加工得到，三重对称压力可使光学玻璃内部产生三重对称应力双折射。

步骤204，根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

在一个实施例中，根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵，包括：根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，获取多组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，以及与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强；根据第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵计算得到待测光场相对应的仪器矩阵，并转换得到仪器矩阵的广义逆矩阵；将获取的多组目标光强转为光强向量；将广义逆矩阵点乘光强向量，得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

假设测量次数为q，那么在第q(q＝1,2,…,q)次测量中，照明光束s0透过偏振态产生器、待测相位调制器和偏振态分析器后，到达探测器的探测面上的目标光强iq为：

在上式中，p2和分别表示偏振片p2和λ/4波片q2的第二子穆勒矩阵，由于偏振片p2和λ/4波片q2构成偏振态分析器，则p2和共同构成偏振态分析器的第二穆勒矩阵；p1和分别表示偏振片p1和λ/4波片q1的第一子穆勒矩阵，由于偏振片p1和λ/4波片q1构成偏振态生成器，则p1和共同构成偏振态生成器的第一穆勒矩阵；mseo为待测相位调制器的目标穆勒矩阵。令：

可得：

将上式改写为矩阵形式：

目标穆勒矩阵mseo的对应的列向量m'seo＝[m00m01…m33]^t，则总共q次测量之后，可将q组目标光强iq转换为光强向量i：

其中，wm为穆勒检测系统测量待测相位调制器的穆勒矩阵时的仪器矩阵。仪器矩阵由q组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵转换得到。由矩阵运算可知，通过下式可得到m'seo：

m'seo＝wm⁺·i

上式中，wm⁺为仪器矩阵wm的广义逆矩阵，当wm列满秩时，wm⁺由wm唯一确定，且可由最小二乘估计得到：

wm⁺＝(wm^twm)^-1wm^t

若需要测量m'seo的全部16个元素，则可通过至少16次测量，获取至少16组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，以及与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强。比如说，通过选择λ/4波片q1和q2的方位角(快轴与x轴夹角)使得仪器矩阵wm的秩等于16。当测量得到m'seo的全部16个元素时，则可根据m'seo确定待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

在一个实施例中，可通过选择十六组λ/4波片q1和q2的方位角，使得仪器矩阵wm的秩为16。实验使用的十六组波片方位角由四个q1方位角和四个q2方位角两两一组组成，由这十六组波片方位角结合偏振片p1、p2产生的十六个偏振态是两两线性无关的。比如说，可通过按照如下表1所示的十六组波片方位角，获取16组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，以及与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强：

表1

步骤206，将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数；目标偏振态几率密度分布函数的横坐标和纵坐标分别为斯托克斯参量和相应的几率值；目标偏振态几率密度分布函数与待测光场相对应。

在对待测相位调制器进行标定之后，偏振态分析器还可用于作为左旋检偏器，调制待测光场。左旋检偏器(lhc)由λ/4波片和线偏振片构成，左旋检偏器的作用是通左旋、阻右旋。待测光场是指偏振态产生器所产生的，需要进行测量偏振态的光场。

预先构建的偏振态几率密度分布模型中包含待测相位调制器的目标穆勒矩阵、点扩散函数光强分布图像中的空间位置信息和相应的光子数信息。该点扩散函数光强分布图像由待测光场对应的光束通过待测相位调制器和左旋检偏器调制后的待测出射光生成。将对待测相位调制器标定测得的目标穆勒矩阵，以及通过探测器测得的点扩散函数光强分布图像的具体空间位置信息和相应的光子数信息代入预先构建的偏振态几率密度分布模型之后，可得到目标偏振态几率密度分布函数。目标偏振态几率密度分布函数反映了斯托克斯参量和相应的几率值的映射关系。几率值是指斯托克斯参量反映的待测光场的偏振态发生的几率。通过对待测相位调制器进行标定，并将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，能够更加精准地确定待测光场的偏振态。

步骤208，获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量；通过目标斯托克斯参量表示待测光场的偏振态。

当探测器探测到一幅点扩散函数光强分布图像时，也即探测到n个光子的空间位置信息时，使n个光子具有这种行为的入射偏振态有很多种可能性。换句话说，不同的入射偏振态理论上都有可能使得n个光子在探测面x上落在这样特定的n个空间点xn上。但是，不同入射偏振态使光子具有这种行为的几率是不同的。根据量子理论中定义的，真正发生的事件是所有可能发生的事件中发生可能性最大的事件，可将观察到的发生事件认定为概率密度最大的事件。因此，可将偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的斯托克斯参量，作为所探测到的点扩散函数光强分布图像对应的待测光场的目标斯托克斯参量。且该目标斯托克斯参量可用于表示待测光场的偏振态。

上述光场偏振态方法中，通过获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据，并根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵，实现对待测相位调制器的在线标定。通过提供预先构建偏振态几率密度分布模型，使得能够根据标定的待测相位调制器的实际的目标穆勒矩阵得到反映斯托克斯参量和相应的几率值的目标偏振态几率密度分布函数。通过获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量，表示待测光场的偏振态。通过对待测相位调制器的在线定标，能够测得待测相位调制器在待测光场中的实际的目标穆勒矩阵，且通过提供预先构建的偏振态几率密度分布模型，克服了现有的理论模型隐藏相位调制器件的琼斯矩阵，且无法测量器件琼斯矩阵导致无法标定系统误差的问题，从而提高了光场偏振态测量的精度。

在一个实施例中，将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数，包括：获取待测光场对应的点扩散函数光强分布图像；提取点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息；将目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息输入预先构建的偏振态几率密度分布模型；对输入目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息后的偏振态几率密度分布模型进行转换处理，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。

点扩散函数光强分布图像是指由小孔偏振成像的点扩散函数对应的光强分布图像。可通过对点扩散函数光强分布图像进行解析，得到点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息.比如说，可根据点扩散函数光强分布图像生成光强分布仿真图像，并通过matlab程序提取光强分布仿真图像中的多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息。其中，空间位置信息包括但不限于光子在探测器的探测面上的坐标数据。相应的，光子数信息可为探测器的探测面上每个坐标点的光子数量。

在一个实施例中，目标偏振态几率密度分布模型包括：

其中，u1＝∫u1(x)d²x，且待测相位调制器的目标穆勒矩阵为xi表示第i个空间位置信息(共有ii个空间位置)；ni表示与第i个空间位置信息xi对应的光子数信息；表示待测光场对应的目标斯托克斯参量。

待测相位调制器的目标穆勒矩阵的一般表达式为当偏振态产生器产生待测光场之后，待测光场的偏振态可用标准化的斯托克斯参量表示：而待测光场对应的光束经过待测相位调制器之后得到的初始出射光的斯托克斯参量可表示为：

左旋检偏器的波片与线偏振片的穆勒矩阵分别为：

左旋检偏器的穆勒矩阵为波片与线偏振片穆勒矩阵的乘积：

初始出射光通过左旋检偏器后，可得到待测光场的待测出射光的斯托克斯参量为：

斯托克斯参量的第一个分量即为待测光场的总光强。于是，探测器的探测面上的光强分布式为：

传统方式中的光强分布模型只针对于特殊的相位调制器seo成立，而针对相位调制器存在的缺陷、实验系统的误差等所引起的相位调制器实际偏振矩阵的改变，传统方式中只能通过实验测量左、右旋圆偏振入射光对应的光强分布图像得到其所表示的模型参数ir、il，而对于模型iu与ir、il间的关系则仍只能采用理想情况的模型。而上述实施例中的光强分布式可以随待测相位调制器实际的目标穆勒矩阵的改变而改变，从而获得符合实际的光强分布模型。

上式可改写为：

其中，且(m01-m31)、(m02-m32)、(m03-m33)不等于零；x表示空间位置信息。

光子落于探测面任意一点x的几率为：

其中，u1＝∫u1(x)d²x，

此时偏振态几率密度分布函数模型为：

其中，

对于实验测量的一幅点扩散函数光强分布图像提取点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息xi(假设共有ii个空间点)及与第i个空间位置信息xi对应的光子数信息ni；根据多个空间位置信息xi及与每个空间位置信息xi对应的光子数信息ni可通过下式得到目标偏振态几率密度分布函数：

在一个实施例中，获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量，包括：对目标偏振态几率密度分布函数取对数，得到邦加球坐标系上的三维函数；按照预设精度选取多个测试斯托克斯参量输入邦加球坐标系上的三维函数，得到与每个测试斯托克斯参量相应的测试几率值；将所得的最大的测试几率值对应的测试斯托克斯参量作为目标斯托克斯参量。

由于实际测量中，空间位置的个数ii和每个空间位置对应的光子数信息ni非常大，导致目标偏振态几率密度分布函数中的几率值将趋近于零，不利于进行后续数据处理。因此可对目标偏振态几率密度分布函数取对数，转而针对进行数据处理分析：

由于log函数为单调递增函数，因而不影响的分布趋势及最大值点的取值。通过对取对数后的目标偏振态几率密度分布函数进行计算处理，可获得其最大值点(smax,logpmax)。其中，smax表示最大几率值对应的目标斯托克斯参量，logpmax表示最大几率值的对数。

是邦加球坐标系上的三维函数。邦加球是表示任一偏振态的图示法。由于任一椭圆偏振光只需两个方位角就可完全决定其偏振态，而两个方位角可用球面上的经度和纬度来表示，所以球面上的一个点就可代表一个偏振态，邦加球上全部点的组合则代表了所有各种可能的偏振态。比如说，在邦加球球心处，表示完全非偏振光；在邦加球球面上，表示完全偏振光；在邦加球球内任意一点，表示部分偏振光。可以是按照选取邦加球上每隔预设位置的坐标点对应的测试斯托克斯参量输入邦加球坐标系上的三维函数，也可以是通过随机算法生成超过预设数量的测试斯托克斯参量输入邦加球坐标系上的三维函数。通过灵活地控制所确定的测试斯托克斯参量的精度，能够提高计算得到的邦加球坐标系上的三维函数的最大几率值的准确度及效率。

在一个实施例中，还可以在邦加球坐标系上取预设点坐标数据，以及与点坐标数据对应的第一直线的第一直线数据、第二直线的第二直线数据和第三直线的第三直线数据；第一直线平行于邦加球坐标系的x轴，第二直线平行于邦加球坐标系的y轴，第二直线平行于邦加球坐标系的z轴；分别将第一直线数据、第二直线数据和第三直线数据输入三维函数，输出得到相应的第一目标偏振态几率密度分布函数、第二目标偏振态几率密度分布函数和第三目标偏振态几率密度分布函数。通过第一目标偏振态几率密度分布函数、第二目标偏振态几率密度分布函数和第三目标偏振态几率密度分布函数能够更加直观的观察到邦加球上的三维函数上的最大值点。

上述实施例中光场偏振态测量方法，以及所提供的偏振态几率密度分布模型还可以应用于弱光偏振测量和量子纠缠测量。

在一个实施例中，如图3所示，提供了另一种光场偏振态测量方法，以该方法应用于图1中的终端116为例进行说明，包括以下步骤：

步骤302，获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据；标定入射光通过待测相位调制器输出得到标定出射光。

步骤304，根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，获取多组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，以及与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强。

步骤306，根据第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵计算得到待测光场相对应的仪器矩阵，并转换得到仪器矩阵的广义逆矩阵。

步骤308，将获取的多组目标光强转为光强向量。

步骤310，将广义逆矩阵点乘光强向量，得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

步骤312，获取待测光场对应的点扩散函数光强分布图像。

如图4所示，为实验采集的十六幅点扩散函数光强分布图像。如图5所示，为对采集的十六幅图像进行数据处理后，所得到的待测相位调制器的穆勒矩阵m'seo图像，其利用归一化的光强分布仿真图像表示，白色和黑色分别代表正值和负值。

步骤314，提取点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息。

步骤316，将目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息输入预先构建的偏振态几率密度分布模型。

目标偏振态几率密度分布模型包括：

其中，u1＝∫u1(x)d²x，且待测相位调制器的目标穆勒矩阵为xi表示第i个空间位置信息(共有ii个空间位置)；ni表示与第i个空间位置信息xi对应的光子数信息；表示待测光场对应的目标斯托克斯参量。

步骤318，对输入目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息后的偏振态几率密度分布模型进行转换处理，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。

目标偏振态几率密度分布函数的横坐标和纵坐标分别为斯托克斯参量和相应的几率值；目标偏振态几率密度分布函数与待测光场相对应。

步骤320，对目标偏振态几率密度分布函数取对数，得到邦加球坐标系上的三维函数。

步骤322，按照预设精度选取多个测试斯托克斯参量输入邦加球坐标系上的三维函数，得到与每个测试斯托克斯参量相应的测试几率值。

步骤324，将所得的最大的测试几率值对应的测试斯托克斯参量作为目标斯托克斯参量；通过目标斯托克斯参量表示待测光场的偏振态。

上述光场偏振态方法中，通过获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据，并根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵，实现对待测相位调制器的在线标定。通过提供预先构建偏振态几率密度分布模型，使得能够根据标定的待测相位调制器的实际的目标穆勒矩阵得到反映斯托克斯参量和相应的几率值的目标偏振态几率密度分布函数。通过获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量，表示待测光场的偏振态。通过对待测相位调制器的在线定标，能够测得待测相位调制器在待测光场中的实际的目标穆勒矩阵，且通过提供预先构建的偏振态几率密度分布模型，克服了现有的理论模型隐藏相位调制器件的琼斯矩阵，且无法测量器件琼斯矩阵导致无法标定系统误差的问题。且通过灵活地控制所确定的测试斯托克斯参量的精度，能够提高计算得到的邦加球坐标系上的三维函数的最大几率值的准确度及效率，从而提高了光场偏振态测量的精度。

应该理解的是，虽然图2和3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2和3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种光场偏振态测量装置，其特征在于，装置包括：偏振态产生器，用于产生标定入射光的入射偏振态数据；偏振态分析器，用于产生标定出射光的出射偏振态数据；标定入射光通过待测相位调制器输出得到标定出射光；处理器，用于根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵；将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数；目标偏振态几率密度分布函数的横坐标和纵坐标分别为斯托克斯参量和相应的几率值；目标偏振态几率密度分布函数与待测光场相对应；获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量；通过目标斯托克斯参量表示待测光场的偏振态。

在一个实施例中，偏振态产生器和偏振态分析器还用于产生多组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，装置还包括探测器，用于获取与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强；处理器还用于根据第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵计算得到待测光场相对应的仪器矩阵，并转换得到仪器矩阵的广义逆矩阵；将获取的多组目标光强转为光强向量；将广义逆矩阵点乘光强向量，得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

在一个实施例中，偏振态分析器用于作为左旋检偏器，调制待测光场；探测器还用于获取待测光场对应的点扩散函数光强分布图像；处理器还用于提取点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息；将目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息输入预先构建的偏振态几率密度分布模型；对输入后的偏振态几率密度分布模型进行转换处理，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。

在一个实施例中，处理器还用于对目标偏振态几率密度分布函数取对数，得到邦加球坐标系上的三维函数；按照预设精度选取多个测试斯托克斯参量输入邦加球坐标系上的三维函数，得到与每个测试斯托克斯参量相应的测试几率值；将所得的最大的测试几率值对应的测试斯托克斯参量作为目标斯托克斯参量。

关于光场偏振态测量装置的具体限定可以参见上文中对于光场偏振态测量方法的限定，在此不再赘述。上述光场偏振态测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，比如图1中的终端116，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种光场偏振态测量方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据；标定入射光通过待测相位调制器输出得到标定出射光；根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵；将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数；目标偏振态几率密度分布函数的横坐标和纵坐标分别为斯托克斯参量和相应的几率值；目标偏振态几率密度分布函数与待测光场相对应；获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量；通过目标斯托克斯参量表示待测光场的偏振态。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，所实现的根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵的步骤，包括以下步骤：根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，获取多组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，以及与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强；根据第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵计算得到待测光场相对应的仪器矩阵，并转换得到仪器矩阵的广义逆矩阵；将获取的多组目标光强转为光强向量；将广义逆矩阵点乘光强向量，得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，所实现的将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数的步骤，包括以下步骤：获取待测光场对应的点扩散函数光强分布图像；提取点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息；将目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息输入预先构建的偏振态几率密度分布模型；对输入目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息后的偏振态几率密度分布模型进行转换处理，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，所实现的获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量的步骤，包括以下步骤：对目标偏振态几率密度分布函数取对数，得到邦加球坐标系上的三维函数；按照预设精度选取多个测试斯托克斯参量输入邦加球坐标系上的三维函数，得到与每个测试斯托克斯参量相应的测试几率值；将所得的最大的测试几率值对应的测试斯托克斯参量作为目标斯托克斯参量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时，所实现的目标偏振态几率密度分布模型包括：

其中，u1＝∫u1(x)d²x，且待测相位调制器的目标穆勒矩阵为xi表示第i个空间位置信息(共有ii个空间位置)；ni表示与第i个空间位置信息xi对应的光子数信息；表示待测光场对应的目标斯托克斯参量。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取标定入射光的入射偏振态数据和标定出射光的出射偏振态数据；标定入射光通过待测相位调制器输出得到标定出射光；根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵；将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数；目标偏振态几率密度分布函数的横坐标和纵坐标分别为斯托克斯参量和相应的几率值；目标偏振态几率密度分布函数与待测光场相对应；获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量；通过目标斯托克斯参量表示待测光场的偏振态。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，所实现的根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，计算得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵的步骤，包括以下步骤：根据入射偏振态数据和出射偏振态数据，获取多组偏振态产生器的第一穆勒矩阵和偏振态分析器的第二穆勒矩阵，以及与每组第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵对应的目标光强；根据第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵计算得到待测光场相对应的仪器矩阵，并转换得到仪器矩阵的广义逆矩阵；将获取的多组目标光强转为光强向量；将广义逆矩阵点乘光强向量，得到待测相位调制器的目标穆勒矩阵。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，所实现的将目标穆勒矩阵输入预先构建的偏振态几率密度分布模型，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数的步骤，包括以下步骤：获取待测光场对应的点扩散函数光强分布图像；提取点扩散函数光强分布图像中的多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息；将目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息输入预先构建的偏振态几率密度分布模型；对输入目标穆勒矩阵、多个空间位置信息以及与每个空间位置信息对应的光子数信息后的偏振态几率密度分布模型进行转换处理，输出得到与目标穆勒矩阵对应的目标偏振态几率密度分布函数。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，所实现的获取目标偏振态几率密度分布函数中最大几率值所对应的目标斯托克斯参量的步骤，包括以下步骤：对目标偏振态几率密度分布函数取对数，得到邦加球坐标系上的三维函数；按照预设精度选取多个测试斯托克斯参量输入邦加球坐标系上的三维函数，得到与每个测试斯托克斯参量相应的测试几率值；将所得的最大的测试几率值对应的测试斯托克斯参量作为目标斯托克斯参量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时，所实现的目标偏振态几率密度分布模型包括：

其中，u1＝∫u1(x)d²x，且待测相位调制器的目标穆勒矩阵为xi表示第i个空间位置信息(共有ii个空间位置)；ni表示与第i个空间位置信息xi对应的光子数信息；表示待测光场对应的目标斯托克斯参量。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。