[发明专利]一种光纤偏振态的可视化动态检测方法及装置

权利要求书

1.一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，包括：光纤偏振态发生及控制单元、偏振态可视化单元、偏振图像采集及计算单元，其特征在于，光纤偏振态发生及控制单元产生并输出不同偏振态的待测光波；偏振态可视化单元将入射偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像；偏振图像采集及计算单元将偏振图像采集进计算机并经专业软件分析解算，得到待测线偏振光的方向和偏振度；

所述光纤偏振态发生及控制单元包括；光源、光纤起偏器、偏振控制器、待测光纤、光纤准直器，所述光纤起偏器将光源发出的光转换为线偏振光，所述偏振控制器用于改变线偏振光的方向，所述待测光纤用于传输待测线偏振光并敏感外界参量变化，所述光纤准直器将入射偏振光扩束后准直输出，便于后续偏振态可视化单元的计算及分析；

所述偏振态可视化单元包括：毛玻璃散射片、涡旋玻片、检偏器，所述毛玻璃散射片将上述光纤准直器输出的偏振光波散射成光强分布均匀的弥散光斑，所述涡旋玻片为零级涡旋半玻片，在整个通光孔径上具有恒定的半波相位延迟，但其快轴在整个玻片上沿角向方向连续旋转，它将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向矢量偏振光；所述检偏器为高消光比偏振片，其偏振方向与涡旋玻片的零度快轴方向保持一致，它将前述径向偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向，

所述偏振图像采集及计算单元包括：成像光学系统、红外相机、计算机，所述成像光学系统将上述偏振图像成像在所述红外相机的焦平面上，所述红外相机将光学偏振图像转化为数字图像后采集进所述计算机，所述计算机运行相应的图像处理软件，计算得到入射偏振光的偏振方向和偏振度。

2.根据权利要求1所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，所述偏振态可视化单元另一种形式包括：毛玻璃散射片、角向偏振片；所述角向偏振片是一个具有圆形同心传播轴的偏振器件，每一片小的区域都可看成是一个线型偏振片，其偏振轴的方向垂直于径向，所述角向偏振片将入射线偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光的振动方向。

3.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，所述光纤偏振态发生及控制单元中的光纤准直器可移除，待测偏振光波直接从所述偏振控制器的光纤端面输出，并在自由空间中衍射传输，精确控制所述偏振态可视化单元、偏振图像采集及计算单元在光波传播方向上的纵向距离与横向位置，实现待测光纤偏振态的可视化动态检测。

4.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，所述毛玻璃散射片选择散射度低的散射片，对波长较长的红外光波也可移除毛玻璃散射片，以利于获得光强分布相对均匀的散射光场。

5.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，本可视化动态检测装置不仅适用于光纤中传输红外光波偏振态的可视化动态检测，也适用于光纤中传输可见光波或紫外光波偏振态的可视化动态检测，只需将偏振态可视化单元中的涡旋玻片、偏振片、角向偏振片分别用工作于可见光或紫外波段的涡旋玻片、偏振片、角向偏振片替换，同时将偏振图像采集及计算单元中的成像镜头和红外相机替换为对可见光波或紫外光波敏感的成像镜头和相机。

6.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，本可视化动态检测装置不仅适用于光纤中传输光波偏振态的可视化动态检测，也适用于自由空间中传输的线偏振光偏振方向和偏振度的可视化动态检测，只需将光纤偏振态发生及控制单元替换为普通光源和线型偏振片。

7.一种光纤偏振态的可视化动态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，扩束并均匀化待测光场：利用准直器或扩束系统将待测线偏振光转换为尺寸较大发散角较小的准直光束输出，并通过毛玻璃散射片的散射作用进一步获得光强分布非常均匀的待测偏振光场；

第二步，生成矢量偏振光场：利用零级涡旋半玻片产生恒定的半波相位延迟，将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向矢量偏振光，或利用角向偏振片直接将非偏振光起偏为偏振方向连续变化的角向矢量偏振光，即生成矢量偏振光场；

第三步，可视化偏振方向：通过偏振方向与涡旋玻片零度快轴方向一致的高消光比偏振片对径向矢量偏振光场检偏，或直接对角向偏振片产生的角向矢量偏振光场进行检偏，形成光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向，进而实现偏振方向的可视化；

第四步，采集偏振图像：通过成像光学系统将偏振图像聚焦成像在高灵敏度相机的成像探测靶面上，并设置光圈大小、曝光时间、增益值、存储格式图像采集参数，利用高灵敏度相机实时采集并动态显示含偏振特征信息的图像，并将连续采集的序列图像存储在计算机中；

第五步，计算偏振方向与偏振度：对采集存储的序列偏振图像进行裁剪、对比度拉伸、空间滤波预处理，然后利用数字图像处理技术对偏振图像进行处理，获得待测光波的偏振方向与偏振度。