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    重庆时时彩匹配杀码: 一种非均匀矢量偏振光的测量与评价方法及装置.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201310366128.5

    申请日:

    2013.08.20

    公开号:

    CN103439001A

    公开日:

    2013.12.11

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 4/04申请日:20130820|||公开
    IPC分类号: G01J4/04 主分类号: G01J4/04
    申请人: 浙江大学
    发明人: 匡翠方; 李帅; 江芸珊; 刘旭
    地址: 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号
    优先权:
    专利代理机构: 杭州天勤知识产权代理有限公司 33224 代理人: 胡红娟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310366128.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.01.20|||2014.01.08|||2013.12.11

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种非均匀矢量偏振光的测量与评价装置,包括依次布置在待测非均匀矢量偏振光束光路上的偏振片和光电感应器件,以及与所述偏振片和光电感应器件连接的计算机,所述的计算机用于控制偏振片在垂直于光轴的平面内进行旋转以及对光电感应器件所接收到的光强信息进行处理。本发明还公开了一种非均匀矢量偏振光的测量与评价方法。本发明装置结构简单,调试与操作方便,具有较高的测量精度,具有更为合理的量纲。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种非均匀矢量偏振光的测量与评价装置,其特征在于,包括依次布置在待测非均匀矢量偏振光束光路上的偏振片和光电感应器件,以及与所述偏振片和光电感应器件连接的计算机,所述的计算机用于控制偏振片在垂直于光轴的平面内进行旋转以及对光电感应器件所接收到的光强信息进行处理。

    2.  如权利要求1所述的非均匀矢量偏振光的测量与评价装置,其特征在于,所述的光电感应器件为高速电荷耦合器件。

    3.  一种非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,其特征在于,包括以下步骤:
    1)依次旋转布置在待测非均匀矢量偏振光的光路上的偏振片,使得偏振片的透光轴方向与光路光轴方向的夹角分别为0度、45度、90度和135度;
    2)利用光电感应器件收集透过所述偏振片的待测非均匀矢量偏振光的光强分布,分别得到与夹角角度相对应的光强分布I0°(r,θ),I45°(r,θ),I90°(r,θ)和I135°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;
    3)计算机根据光强分布I0°(r,θ),I45°(r,θ),I90°(r,θ)和I135°(r,θ),计算待测非均匀矢量偏振光波面上各点的斯托克斯参量s0(r,θ),s1(r,θ)及s2(r,θ)的值;
    4)利用所述的斯托克斯参量s0(r,θ),s1(r,θ)及s2(r,θ)的值,计算得到待测非均匀矢量偏振光的径向分量比重切向分量比重径向分量方差σR2及切向分量方差σθ2,完成对于待测非均匀矢量偏振光的测量与评价。

    4.  如权利要求3所述的非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,其特征在于,所述的光电感应器件为高速电荷耦合器件。

    5.  如权利要求3所述的非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,其特征在于,所述斯托克斯参量的计算公式为

    其中,r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量。

    6.  如权利要求3所述的非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,其特征在于,所述的径向分量比重
    ρ~R=12+∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)]rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    式中,r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量。

    7.  如权利要求3所述的非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,其特征在于,所述的切向分量比重
    ρ~θ=12-∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)]rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    式中,r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量。

    8.  如权利要求3所述的非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,其特征在于,所述的径向分量方差σR2
    σR2=∫0∫02π|s0(r,θ)+cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~Rs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    式中,r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量。

    9.  如权利要求3所述的非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,其特征在于,所述的切向分量方差σθ2
    σθ2=∫0∫02π|s0(r,θ)-cos(2θ)s1(r,θ)-sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~θs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    式中,r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量。

    说明书

    说明书一种非均匀矢量偏振光的测量与评价方法及装置
    技术领域
    本发明属于光学测量领域,特别涉及一种非均匀矢量偏振光的测量与评价方法及装置。
    背景技术
    偏振态是矢量光束的一个重要参数,对于矢量光束的传播和聚焦特性具有很大的影响,因此在光学测量、光通信、集成光学、显示技术等领域中都受到了研究人员们的广泛关注。矢量偏振光一般可分为均匀矢量偏振光和非均匀矢量偏振光两种。其中,均匀矢量偏振光在同一时刻波面上每一点的偏振态都一样,常见的有线偏振光、圆偏振光等;而非均匀矢量偏振光波面上各点的偏振态在同一时刻是不同的,常见的有切向偏振光、径向偏振光等。
    近年来,由于其特殊的传播与聚焦特性,非均匀矢量偏振光在科学研究中得到了越来越为广泛的应用。这种光束的偏振特性如偏振纯度、偏振均匀度等对于光束在实际应用中的表现有很大的影响,因此提出一种对于非均匀矢量偏振光的测量与评价方法是十分必要的。
    发明内容
    本发明提供了一种非均匀矢量偏振光的测量与评价方法及装置,可以实现对于非均匀矢量偏振光偏振参数的精确测量,并对光束的质量进行评价,在相关科学研究中具有重要的应用价值。
    一种非均匀矢量偏振光的测量与评价方法,包括以下步骤:
    1)旋转偏振片,使得其透光轴方向与光路光轴方向平行;
    2)待测量的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片后,入射到光电感应器件上,得到光强分布I0°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中 心为原点的极坐标系的坐标分量;
    3)光电感应器件将I0°(r,θ)传送给计算机;
    4)旋转偏振片,使得其透光轴方向与光路光轴方向成45度角;
    5)待测量的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片后,入射到光电感应器件上,得到光强分布I45°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;
    6)光电感应器件将I45°(r,θ)传送给计算机;
    7)旋转偏振片,使得其透光轴方向与光路光轴方向成90度角;
    8)待测量的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片后,入射到光电感应器件上,得到光强分布I90°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;
    9)光电感应器件将I90°(r,θ)传送给计算机;
    10)旋转偏振片,使得其透光轴方向与光路光轴方向成135度角;
    11)待测量的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片后,入射到光电感应器件上,得到光强分布I135°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;
    12)光电感应器件将I135°(r,θ)传送给计算机;
    13)计算机在得到I0°(r,θ),I45°(r,θ),I90°(r,θ)和I135°(r,θ)数据后,根据以下公式分别计算偏振光波面上各点的斯托克斯参量s0(r,θ),s1(r,θ)及s2(r,θ)的值:

    14)根据上一步中计算得到的各斯托克斯参量值,进一步由以下公式计算得出待测非均匀矢量偏振光的径向分量比重切向分量比重径向分量方差σR2及切向分量方差σθ2,完成对于待测非均匀矢量偏振光的测量与评价:
    ρ~R=12+∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)]rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    ρ~θ=12-∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)]rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    σR2=∫0∫02π|s0(r,θ)+cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~Rs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    σθ2=∫0∫02π|s0(r,θ)-cos(2θ)s1(r,θ)-sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~θs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    本发明还提供了一种非均匀矢量偏振光的测量与评价装置,包括:在待测非均匀矢量偏振光束光路上依次布置的偏振片和光电感应器件,其中,所述偏振片可绕待测光束光轴在垂直于光轴的平面内进行旋转;以及同时与所述偏振片和光电感应器件均相连的计算机,用于控制所述偏振片的旋转以及对光电感应器件所接收到的光强信息进行处理。
    优选的,所用所述的光电感应器件为高速电荷耦合器件(CCD:Charge Couple Device)。
    本发明原理如下:
    对于非均匀矢量偏振光而言,其径向分量ER与切向分量Eθ分别定义为
    ER(r,θ)=Ex(r,θ)cosθ+Ey(r,θ)sinθ           (1)
    Eθ(r,θ)=-Ex(r,θ)sinθ+Ey(r,θ)cosθ
    其中,Ex(r,θ),Ey(r,θ)为入射光场在琼斯矩阵下的两个垂直分量。
    矢量偏振光波面上一点(r,θ)的偏振的径向分量比重ρR(r,θ)以及切向分量比重ρθ(r,θ)定义为:
    ρR(r,θ)=ER*(r,θ)ER(r,θ)I(r,θ)]]>             (2)
    ρθ(r,θ)=Eθ*(r,θ)Eθ(r,θ)I(r,θ)]]>
    其中,和分别为ER(r,θ)和Eθ(r,θ)的共轭,I(r,θ)为该点的总光强值。
    结合(1)、(2)两式,可得:
    ρR(r,θ)=cos2θ·Ex*(r,θ)Ex(r,θ)+sin2θ·Ey*(r,θ)Ey(r,θ)I(r,θ)]]>
    +cosθsinθ[Ex*(r,θ)Ey(r,θ)+Ey*(r,θ)Ex(r,θ)]I(r,θ)]]>      (3)
    ρθ(r,θ)=sin2θ·Ex*(r,θ)Ex(r,θ)+cos2θ·Ey*(r,θ)Ey(r,θ)I(r,θ)]]>
    -cosθsinθ[Ex*(r,θ)Ey(r,θ)+Ey*(r,θ)Ex(r,θ)]I(r,θ)]]>
    为了对上式(3)进行计算,需要测量入射光束的斯托克斯参量。在自由空间内传播的偏振光波面上的一点(r,θ)的斯托克斯参量由下式定义并进行测量:

    其中,I0°(r,θ),I45°(r,θ),I90°(r,θ)和I135°(r,θ)分别为当偏振片的透光轴与光路光轴平行、成45度、成90度以及成135度时,光束在光电感应器件上的光强分布。
    因此,(3)式可改写为:
    ρR(r,θ)=12+cos(2θ)2s1(r,θ)s0(r,θ)+sin(2θ)2s2(r,θ)s0(r,θ)]]>       (5)
    ρθ(r,θ)=12-cos(2θ)2s1(r,θ)s0(r,θ)-sin(2θ)2s2(r,θ)s0(r,θ)]]>
    于是,对于整个波面而言,径向和切向分量所占的比重和定义为每点比重对光强的加权:
    ρ~R=∫0∫02πρR(r,θ)I(r,θ)rdrdθ∫0∫02πI(r,θ)rdrdθ]]>         (6)
    =12+∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)]rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    ρ~θ=∫0∫02πρθ(r,θ)I(r,θ)rdrdθ∫0∫02πI(r,θ)rdrdθ]]>         (7)
    =12-∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ))rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    同时,我们按下式定义径向分量方差σR2及切向分量方差σθ2,来刻画比重均匀度:
    σR2=∫0∫02π(ρR(r,θ)-ρ~R)2I(r,θ)rdrdθ∫0∫02πI(r,θ)rdrdθ]]>       (8)
    σθ2=∫0∫02π(ρθ(r,θ)-ρ~θ)2I(r,θ)rdrdθ∫0∫02πI(r,θ)rdrdθ]]>
    将(5)式代入(8)式,即可得:
    σR2=∫0∫02π|s0(r,θ)+cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~Rs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ---(9)]]>
    σθ2=∫0∫02π|s0(r,θ)-cos(2θ)s1(r,θ)-sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~θs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ---(10)]]>
    相对于现有技术,本发明具有以下有益的技术效果:
    1、装置结构简单,调试与操作方便;
    2、具有较高的测量精度;
    3、具有更为合理的量纲。
    附图说明
    图1为本发明非均匀矢量偏振光的测量与评价装置的示意图。
    具体实施方式
    下面结合实施例和附图来详细说明本发明,但本发明并不仅限于此。
    如图1所示,一种非均匀矢量偏振光的测量与评价装置,包括:偏振片1,光电感应器件2和计算机3。
    其中,所述偏振片1可绕待测光束光轴在垂直于光轴的平面内进行旋转;计算机3同时与所述偏振片1和光电感应器件2相连,用于控制所述偏振片1的旋转以及对光电感应器件2所接收到的光强信息进行处理。
    上述装置中,所述光电感应器件2为高速电荷耦合器件(CCD:Charge Couple Device)。
    采用图1所示的装置实现非均匀矢量偏振光的测量与评价过程如下:
    首先,计算机3控制偏振片1旋转,使其透光轴与水平方向平行;待测的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片1,入射到光电感应器件2上,得到光强分布信息I0°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;光电感应器件2将光强分布信息I0°(r,θ)传送给计算机3。
    接着,计算机3控制偏振片1旋转,使其透光轴与水平方向成45度;待测的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片1,入射到光电感应器件2上,得到光强分布信息I45°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;光电感应器件2将光强分布信息I45°(r,θ)传送给计算机3。
    然后,计算机3控制偏振片1旋转,使其透光轴与水平方向成90度;待测的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片1,入射到光电感应器件2上,得到光强分布信息I90°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;光电感应器件2将光强分布信息I90°(r,θ)传送给计算机3。
    最后,计算机3控制偏振片1旋转,使其透光轴与水平方向成135度;待测的非均匀矢量偏振光透过所述偏振片1,入射到光电感应器件2上,得到光强分布信息I135°(r,θ),其中r,θ分别为以光电感应器件感光面中心为原点的极坐标系的坐标分量;光电感应器件2将光强分布信息I135°(r,θ)传 送给计算机3。
    计算机3在得到I0°(r,θ),I45°(r,θ),I90°(r,θ)和I135°(r,θ)数据后,根据以下公式分别计算偏振光波面上各点的斯托克斯参量s0(r,θ),s1(r,θ)及s2(r,θ)的值:

    根据计算得到的各斯托克斯参量值,计算机3进一步由以下公式计算得出待测非均匀矢量偏振光的径向分量比重切向分量比重径向分量方差σR2及切向分量方差σθ2,完成对于待测非均匀矢量偏振光的测量与评价:
    ρ~R=12+∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)]rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    ρ~θ=12-∫0∫02π[cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)]rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    σR2=∫0∫02π|s0(r,θ)+cos(2θ)s1(r,θ)+sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~Rs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    σθ2=∫0∫02π|s0(r,θ)-cos(2θ)s1(r,θ)-sin(2θ)s2(r,θ)-2ρ~θs0(r,θ)|rdrdθ2∫0∫02πs0(r,θ)rdrdθ]]>
    本实施例针对液晶转换器产生的切向偏振光和径向偏振光进行了测量,结果为:对于径向偏振光而言,产生的径向偏振的纯度为切向偏振的纯度为方差为对于切向偏振光而言,切向偏振的纯度为径向偏振的纯度方差为σR2=σθ2=0.0447]]>

    关 键 词:
    一种 均匀 矢量 偏振光 测量 评价 方法 装置
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