[发明专利]一种Mueller矩阵的自校准测量方法

说明书

技术领域

本发明属于偏振光学检测技术领域，特别是一种适用于偏振元件及光学系统的Mueller矩阵检测的自校准测量方法。

背景技术

Mueller矩阵测量是偏振检测的重要手段之一，Mueller矩阵包含了被测介质的所有偏振特性(总相位除外)，广泛应用于确定光学器件、光学系统等介质的双折射效应、损耗或增益效应、退偏效应等偏振特性参数。

Mueller矩阵测量方法的基本装置主要由偏振发生器、被测样品、偏振分析器组成。偏振发生器和偏振分析器分别可以是起偏器和波片组合、光弹调制器组合、液晶可调相位延迟器组合等，参考以下文献[1-8]。

目前存在的这些方法测量原理基本相同，都是在被测样品的输入端由偏振发生器产生至少4个独立的调制偏振态，再在输出端由偏振分析器解调至少4个独立的偏振态，最后由探测器接收光强。如果调制偏振态和解调偏振态已知，则由Mueller矩阵理论可推导出探测光强与调制偏振态、解调偏振态以及被测样品的Mueller矩阵的关系，进而求解被测样品的Mueller矩阵。这些方法最大的困难在于测量被测样品前需要精确定标调制偏振态和解调偏振态。或者通过插入标准样品，或者通过使用空矩阵定标系统以确定调制偏振态和解调偏振态见参考文献[9-10]。前者，标准样品的性能直接影响Mueller矩阵的测量精度；后者，空矩阵定标属于一阶近似求解，测量精度有限。两种定标方法都存在缺陷，且都需要复杂的定标方法论证和定标过程。

本发明通过测量放入待测样品前后输出偏振态的Stokes参数，建立起由测得的输出偏振态参数、系统未知参数与被测样品的Mueller矩阵之间的函数关系式，使用多参数的非线性最小二乘拟合求解得到待测样品的Mueller矩阵。使用本发明无需对测量系统精密定标，实现了Mueller矩阵的自校准测量，测量方法简单易行，可以广泛应用于各种偏振元件及光学系统的Mueller矩阵检测。

[1]Azzam，R.M.A..Photopolarimetric measurement of the Mueller matrix byFourier analysis of a single detected signal[J].Opt.Lett.，1978，2(6)：148～150

[2]D.H.Goldstein，“Mueller matrix dual-rotating retarder polarimeter，”AppliedOptics，31(31)，1992

[3]Pezzaniti，J.L.and Chipman，R.A..Mueller matrix imaging polarimetry[J].Opt.Eng.1995，34(6)：1558～1568

[4]Ladstein Jarle，Stabo-Eeg Frantz，Garcia-Caurel Enric et al..Fast ear-infra-redspectroscopic Mueller matrix ellipsometer based on ferroelec-tric liquid rystalretarders[J].Phys Stat Solidi(c)，2008，5(5)：1097～1100

[5]Compain，E.and Drevillion，B..High-frequency modulation of the four states ofpolarization of light with a single phase modulator[J].Rev.Sci.inst.，1998，69(4)：1574～1580

[6]Laude-Boulesteix，B.，de Martino，A.，Dr_evillon，B.et al..Mueller polarimetricimaging system with liquid crystals[J].Appl.Opt.2004，43(14)：2824～2832

[7]Gandorfer，A.M..Ferroelectric retarders as an alternative to piezoelasticmodulators for use in solar Stokes vector polarimetry[J].Opt.Eng.1999，38(8)：1402～1408