[发明专利]一种六通道分振幅高速斯托克斯偏振仪及其参数测量方法

说明书

技术领域

本发明属于高速动态实验光学测量领域，更具体地，涉及一种六通道分振幅高速斯托克斯偏振仪及相应斯托克斯参数测量方法。

背景技术

随着激光技术与偏振物理的发展，斯托克斯偏振仪因同步且高速测量待测光斯托克斯参数得到广泛应用。在材料热物性参数(如法向发射率、样品真温、比热容、比焓、热扩散率和导热系数等，最关键参数为法向发射率)测量领域，斯托克斯偏振仪既能测量固体的脉冲加热瞬态热物性参数，又能测量液态金属或合金的脉冲加热瞬态热物性参数；在糖溶液糖度测量领域，斯托克斯偏振仪开展旋光分析，能实现糖度和旋光度离线和在线的高速测量；类似的，斯托克斯偏振仪也能快速表征地表环境的浊度；在冲击压缩加载试验中，斯托克斯偏振仪能够高速且动态地测量冲击过程中的斯托克斯向量变化历程，进而获取受冲击金属样件的光学常数和法向发射率变化历程；在光纤通信领域，斯托克斯偏振仪能够测量高速率、长链路光纤通信系统中光器件的偏振相关损耗。

而上述诸多测量应用对斯托克斯向量的测量速度和测量频率要求逐步提高，目前常见快速斯托克斯偏振仪多采用四通道分振幅斯托克斯偏振仪实现。其原理是：采用一束偏振光入射待测样件，将反射光进行分通道调制，再利用四个光电探测器探测各通道光强信号，借助校准所得的仪器矩阵求取该偏振光的斯托克斯向量。

然而该方法存在以下问题：(1)该仪器在实现测量前必须已知仪器矩阵，且该矩阵测定过程比较繁琐；(2)仪器矩阵未考虑各器件的参数偏差(如1/2波片、1/4波片方位角和相位延迟量等)和安装误差，导致实际测量时的测量结果存在不可降低的误差；(3)仪器矩阵可能会是奇异矩阵，此时在实际测量时会得不到测量结果。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种六通道分振幅高速斯托克斯偏振仪，其目的在于提高测量准确度和精度。

本发明提供了一种六通道分振幅高速斯托克斯偏振仪，包括：光收集模块、第一分束器，第二分束器，1/4波片，第一偏振分束器，第二偏振分束器，第三偏振分束器，第一光纤准直器，第二光纤准直器，第三光纤准直器，第四光纤准直器，第五光纤准直器，第六光纤准直器，1/2波片，第一光电倍增管，第二光电倍增管，第三光电倍增管，第四光电倍增管，第五光电倍增管，第六光电倍增管，第一放大器，第二放大器，第三放大器，第四放大器，第五放大器，第六放大器，示波器和数据处理模块；所述光收集模块用于将待测样品表面散射或反射的信号光准直为平行光；所述第一分束器设置在所述光收集模块的输出光路上，用于将所述平行光分为第一反射光和第一透射光；所述第二分束器设置在所述第一分束器的透射光路上，用于将所述第一透射光分为第二反射光和第二透射光；所述第一偏振分束器设置在所述第一分束器的反射光路上，用于将所述第一反射光分为第三反射光和第三透射光；所述第一光纤准直器的输入端接收所述第三反射光，所述第一光纤准直器的输出端依次通过所述第一光电倍增管和第一放大器连接至所述示波器的第一输入端；所述第二光纤准直器的输入端接收所述第三透射光，所述第二光纤准直器的输出端依次通过所述第二光电倍增管和第二放大器连接至所述示波器的第二输入端；所述1/2波片和所述第二偏振分束器依次设置在所述第二分束器的反射光路上，所述第二偏振分束器用于将所述第二反射光分为第四反射光和第四透射光；所述第三光纤准直器的输入端接收所述第四反射光，所述第三光纤准直器的输出端依次通过所述第三光电倍增管和第三放大器连接至所述示波器的第三输入端；所述第四光纤准直器的输入端接收所述第四透射光，所述第四光纤准直器的输出端依次通过所述第四光电倍增管和第四放大器连接至所述示波器的第四输入端；所述1/4波片和第三偏振分束器依次设置在所述第二分束器的透射光路上，所述第三偏振分束器用于将所述第二透射光分为第五反射光和第五透射光；所述第五光纤准直器的输入端接收所述第五反射光，所述第五光纤准直器的输出端依次通过所述第五光电倍增管和第五放大器连接至所述示波器的第五输入端；所述第六光纤准直器的输入端接收所述第五透射光，所述第六光纤准直器的输出端依次通过所述第六光电倍增管和第六放大器连接至所述示波器的第六输入端；所述数据处理模块与所述示波器的输出端连接，用于对所述示波器输出的数据进行处理后获得待测光的斯托克斯向量。

更进一步地，光收集模块包括：会聚透镜，孔径光阑和准直透镜，所述孔径光阑设置在所述会聚透镜的焦点和所述准直透镜的焦点处。

更进一步地，测量面与待测样品的相应出射面是重合的，且待测样品测量区域中心与所述会聚透镜之间的距离大于1倍焦距。