一种基于光学偏振态的参数测量方法

本发明涉及光学偏振态测量领域，尤其是涉及一种基于光学偏振态的参数测量方法。

背景技术：

1、目前对于光偏振态的算法主要基于各自的测量方法，一般来说，通常是测量若干个特征值获得参数之后，代入各自特定的计算公式，直接获得偏振态的相关参数信息。如果在测量时由于光学元件出现问题或者测量者搞错光学元件参数、光轴，所导致的测量误差很难在第一时间被发现，这样不可避免地会使所计算的偏振态参数出现偏差，有时这种偏差很难被察觉到，也很难被排除。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种测量误差小的基于光学偏振态的参数测量方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于光学偏振态的参数测量方法，方法采用光学偏振测量仪，所述光学偏振测量仪包括至少一个待定标偏振态调制器件、至少一个驱动电路和至少一个偏振片，驱动电路用于在定标后的偏振态调制器件上施加电压信号，在光的入射方向上，一个偏振片之前至少有一个待定标偏振态调制器件，最接近测量装置的光学器件为偏振片，穿过最接近测量装置的偏振片的光进入测量装置，测量装置连接计算机，所述待定标偏振态调制器件的光轴与偏振片透光轴的之间形成一定夹角，

4、方法包括以下步骤：

5、设置待测光源；

6、对待定标偏振态调制器件的相位延迟量进行动态定标或静态定标，确定待定标偏振态调制器件，同时获取偏振片的琼斯矩阵表达式；

7、完成定标后，驱动电路向定标后的偏振态调制器件上施加按照一定规律变化的电压信号，基于测量装置测量出射光的光强透过率随电压的变化，得到实验测量模式，所述按照一定规律变化为递增或递减；

8、采用计算机的程序扫描待测光源的琼斯矢量的多组参数组，每组参数组由两个参数组成，分别为特征角和相位差，基于琼斯矩阵表达式和多组参数组得到尝试解模式，每个尝试解模式采用一组参数组；

9、基于计算机将实验测量模式和尝试解模式进行比较，进行迭代计算，得到待测光源的琼斯矢量参数；

10、判断待测光源的琼斯矢量参数是否满足精度要求，若否，则反馈给驱动电路，，设定新的电压信号，再次进行测量和计算，直至待测光源的琼斯矢量参数达到精度要求。

11、本发明的另一方面，提出一种基于光学偏振态的参数测量方法，方法采用光学偏振测量仪，所述光学偏振测量仪包括已知偏振态的光源、一个待测液晶盒、至少一个待定标偏振态调制器件、至少一个驱动电路和至少一个偏振片，驱动电路用于在定标后的偏振态调制器件上施加电压信号，在光的入射方向上，一个偏振片之前至少有一个待定标偏振态调制器件，最接近测量装置的光学器件为偏振片，穿过最接近测量装置的偏振片的光进入测量装置，测量装置连接计算机，所述待定标偏振态调制器件的光轴与偏振片透光轴的之间形成一定夹角，

12、方法包括以下步骤：

13、设置已知偏振态的光源，并在待定标偏振态调制器件的朝向光源的一侧或待定标偏振态调制器件和偏振片之间放置待测液晶盒；

14、对待定标偏振态调制器件的相位延迟量进行动态定标或静态定标，确定待定标偏振态调制器件，同时获取和偏振片的琼斯矩阵表达式；

15、完成定标后，驱动电路向定标后的偏振态调制器件上施加按照一定规律变化的电压信号，基于测量装置测量出射光的光强透过率随电压的变化，得到实验测量模式，所述按照一定规律变化为递增或递减，

16、基于特定偏振态的光源，采用计算机的程序扫描待测液晶盒的琼斯矩阵的多组参数组，每组参数组由两个参数组成，分别为相位延迟量和取向方位角，基于琼斯矩阵表达式和多组参数组得到尝试解模式，每个尝试解模式采用一组参数组；

17、基于计算机将实验测量模式和尝试解模式进行比较，进行迭代计算，确定待测液晶盒的琼斯矩阵表达式；

18、判断待测液晶盒的琼斯矩阵表达式是否满足精度要求，若否，则反馈给驱动电路，设定新的电压信号，再次进行测量和计算，直至待测光源的琼斯矢量参数达到精度要求。

19、进一步地，迭代计算、判断是否满足精度和反馈的过程具体为：

20、a1、设置全局权重矢量，将全局权重矢量初始化为1，并选择一个尝试解模式；

21、a2、将尝试解模式与实验测量模式进行比较，基于全局权重矢量计算该尝试解模式与实验测量模式的偏差度函数；

22、a3、若该偏差度函数不为最小值，则选择其他的尝试解模式，重复a2，若该偏差度函数为最小值，则将该尝试解模式的参数组作为中间解；

23、a4、判断该中间解是否经历过全局权重矢量训练，若是，则将该中间解作为最终的最优解，基于该最优解确定尝试解的最优参数组，若否，则将测得的实验斯托克斯参数作为参考值，经过转化得到相应的参考模式，基于比较函数将参考模式和尝试解模式进行比较，利用人工智能算法训练和迭代全局权重矢量，返回a2，将训练得到的全局权重矢量应用到a2的偏差度函数中；

24、a5、计算误差，当误差超过预设的阈值，则反馈给驱动电路，改变驱动信号，改变加在偏振态调制器件上的电压，更新实验测量模式，返回a2；当不超过预设的阈值，则将此时的最优的尝试解的最优参数组作为最终待测的参数。

25、进一步地，偏差度函数的表达式为：

26、∑w·(ttry(u)-tm(u))m

27、其中，w为全局权重矢量，ttry(u)为尝试解模式，u为电压，tm(u)为测量模式，m表示指数，m取值为正的偶数。

28、进一步地，比较函数的表达式为：

29、min(∑(∑w·(ttry(u)-tref(u))2))

30、其中，tref(u)为参考模式，ttry(u)为尝试解模式，w为全局权重矢量。

31、进一步地，待定标偏振态调制器件采用两个待定标液晶盒，确定待测光源的琼斯矢量参数时，尝试解模式的表达式为：

32、

33、其中，ttry(u，θ，δ)为尝试解模式，l(γ1(u),γ2(u))为两个待定标液晶盒的琼斯矩阵，γ1为第一个待定标偏振态调制器件的相位延迟量，γ2为第二个待定标偏振态调制器件的相位延迟量，为扫描的待测光源的琼斯矢量，j偏振片为偏振片的琼斯矩阵，θ为特征角，δ为相位差。

34、进一步地，人工智能算法为最速梯度下降法、深度学习算法或神经网络算法。

35、进一步地，测量装置为cmos/ccd相机、光功率计或光电二极管，测量装置用于测量变化的光强。

36、进一步地，静态定标的步骤具体为：将需要定标的液晶盒放在两个正交偏振片之间，在各个电压下测量稳定的透过光强，以此获得光强透过率-电压曲线，基于光强透过率-电压曲线计算出相位延迟量-电压曲线，以相位延迟量-电压曲线获得待定标的偏振态调制器件的琼斯矩阵表达式；

37、动态定标的步骤具体为：将需要定标的液晶盒放在两个正交偏振片之间，驱动电路向待定标的液晶盒上施加递增或递减或有规律变化的电压信号，测量变化的透过光强，以此获得光强透过率-电压曲线，基于光强透过率-电压曲线计算出相位延迟量-电压曲线，以相位延迟量-电压曲线获得待定标的偏振态调制器件的琼斯矩阵表达式。

38、进一步地，待定标偏振态调制器件和驱动电路的连接关系为：待定标偏振态调制器件之间并联连接，一个驱动电路同时与所有待定标偏振态调制器件连接，驱动电路电压信号同时施加在各个定标后的偏振态调制器件上，或每个驱动电路分别与一个待定标偏振态调制器件连接，控制每个驱动电路的驱动电路电压信号同时施加在各个定标后的偏振态调制器件上。

39、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

40、本发明通过尝试不同的参数，与实验得到的参数进行比较，训练获得优化的全局权重矢量，利用这个优化的全局权重矢量得到出射光的偏振态最优解，基于偏振态最优解可以求得光源的偏振态或液晶盒的参数，本发明中采用的全局权重矢量可以有效减小或规避偏差较大的实验测量得到的参数的影响，从而提高精度。