[发明专利]一种偏振光斯托克斯参量的测量装置及其优化方法

权利要求书

1.一种偏振光斯托克斯参量的测量装置，其特征在于包括将入射光分为透射光及反射光的分束器（1），在透射光路还依次包括用于位相调制的第一波片（2）、实现偏振分光的第一分光器件（4）和分别接收经第一分光器件（4）分光后的两束光的第一光电探测器（6）与第二光电探测器（7）；在反射光路上还依次包括用于位相调制的第二波片（3）、实现偏振分光的第二分光器件（5）和分别接收经第二分光器件（5）分光后的两束光的第三光电探测器（8）与第四光电探测器（9）；四个所述探测器的光强信号输出端通过数据采集卡与用于对数据进行处理的电子计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种偏振光斯托克斯参量的测量装置，其特征在于所述透射光和反射光为两束偏振态不同的偏振光，透射光垂直入射到第一波片（2）上，反射光垂直入射到第二波片（3）上，第一分光器件（4）、第二分光器件（5）进一步将所述两束偏振态不同的偏振光变成四束偏振光，四束偏振光经四个所述探测器后产生相应的电流信号；所述第一波片（2）、第二波片（3）的方位角可调，调节两块波片的方位角至最佳方位角，能使仪器矩阵最优化，通过定标求解出仪器矩阵后，将待测光所引起的电流信号进行计算求解，实现入射光斯托克斯参量的实时测量。

3.根据权利要求1所述的一种偏振光斯托克斯参量的测量装置，其特征在于第一波片位相延迟量与第二波片的位相延迟量的组合包括：二分之一波片与四分之一波片组合、四分之一波片与二分之一波片组合、二分之一波片与二分之一波片组合、四分之一波片与四分之一波片组合、四分之一波片与其不同位相延迟量的波片组合或二分之一波片与其不同位相延迟量的波片组合。

4.用于优化权利要求1所述一种偏振光斯托克斯参量的测量装置的方法，其特征在于采用实测法，具体过程为：在测量装置的光路结构确定及各光学元件选定的条件下，通过调节第一波片、第二波片的方位角实现优化，即通过实际测量不同方位角下测量装置的仪器矩阵的行列式大小，获得矩阵行列式的大小与波片方位角的关系曲线进而确定当仪器矩阵最大时所对应的波片最佳方位角，实现测量装置的仪器矩阵最优化。

5.用于优化权利要求1所述一种偏振光斯托克斯参量的测量装置的方法，其特征在于采用模拟法，具体过程为：利用光学测量仪器或设备，实际测量所述测量装置的光路中所有分光元件的椭偏参数，得到单个分光元件的矩阵表达式，并计算测量装置的仪器矩阵，对测量装置的仪器矩阵及其行列式进行数值模拟及分析，得到仪器矩阵最大时所对应的波片最佳方位角，实现测量装置仪器矩阵的最优化。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于固定两块波片中一块的方位角，采用数值模拟方法，计算仪器矩阵行列式随另一块波片方位角的变化曲线，曲线上最大值所对应的横坐标为另一块波片的最佳方位角。

7.根据权利要求4~6任一项所述方法，其特征在于：

设入射光的斯托克斯参量为                                                ,令T、R分别表示分束器（1）的透射矩阵和反射矩阵，、为第一分光器件（4）的透射矩阵和反射矩阵， 、为第二分光器件（5）的透射矩阵和反射矩阵，为光电探测器的光电转换系数，、分别为透射光路以及反射光路中第一波片和第二波片的传输矩阵，则四个光电探测器所产生的电流信号分别表示为：

第一探测器：

第二探测器：

第三探测器: 

第四探测器:  ，

令D代表整个测量装置的仪器矩阵，I代表各光电探测器电流信号所组成的电流矩阵，则

                                （1）  ，

仪器矩阵D通过定标方法求出，若仪器矩阵D存在可逆矩阵,那么待测光线的斯托克斯矢量为

     （2）  ，

已知测量装置的仪器矩阵，通过探测的电信号矢量确定任意光线的斯托克斯矢量；                                   

令ABS=         

ABS=   （3），

其中，det表示对矩阵求行列式，通过对波片方位角调整来使行列式绝对值ABS最大化，实现仪器矩阵的最优化。