用于使用静态几何偏振操纵的偏振测定的方法和系统技术方案

公开了用于使用偏振状态的静态几何操纵的偏振测定的系统和方法的实施方案。根据一个实施方案，一种分光偏振计包括具有几何变化快轴的延迟器。所述快轴沿着测定偏振的维度变化。所述分光偏振计具有偏振分析器和光谱光学平台。所述光谱光学平台具有：狭缝，所述狭缝在与所述延迟器的所述测定偏振的维度相同的空间维度上；准直器；分散元件，用于将从所述准直器接收的光的光谱分量沿着垂直于所述狭缝的所述空间维度的光谱维度分散；聚焦光学器件；以及二维探测器阵列。使用四分之一波延迟器可以提供完整的斯托克斯偏振测定，但是也可以使用半波延迟器。用半波延迟器。用半波延迟器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用静态几何偏振操纵的偏振测定的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2018年11月8日提交的、题为“Method and System for Polarimetry using Static Geometric Phase Manipulation”的第62/757,551号美国临时专利申请的优先权和权益，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开内容总体上涉及偏振测定的领域，并且特别地，涉及用于使用静态几何偏振操纵的偏振测定的方法和系统。

技术介绍

[0004]呈光的形式的电磁辐射由多种特性表征，所述特性包括强度、传播方向、频率或波长谱以及偏振。对光的强度和光谱特性的分析是一种常见的用于推断光的源的相关特性以及在该源与接收器之间的反射和透射介质的诊断方法。对光谱信息的收集和分析是天体物理学的基础方法，并且在许多其他学科——诸如材料科学、遥感、医学诊断、国防、生物物理学、显微镜学和基础物理学——中具有应用。许多天文光谱仪使用望远镜来将来自天文源的光聚焦到狭缝上。来自狭缝的光被传递到将发散光束变成平行光的准直器，并且然后被传递到分散器(通常是反射光栅)以创建光谱，并且然后被传递到将光谱聚焦到诸如电荷耦合设备(charge coupled device，CCD)的传感器上的摄像机。光谱图像的水平轴不再对应于天空中的空间方向，而是现在表示波长。如果狭缝在焦平面处，图像的垂直轴仍然对应于入射光源的空间位置。结果是二维、空间分辨光谱仪图像，该光谱仪图像包括在光谱方向上横跨图像伸展的变化强度的带(band)并且例示了强度作为波长的函数。该图像包含多个光谱，每个光谱对应于狭缝中的一个不同位置，或更确切地说，对应于沿着狭缝的源的一个不同部分。

技术实现思路

[0005]公开了用于使用偏振状态的静态几何操纵的偏振测定的系统和方法的实施方案。根据一个实施方案，一种分光偏振计包括具有几何变化快轴的延迟器(retarder)。所述快轴沿着测定偏振的维度变化。所述分光偏振计具有偏振分析器(polarization analyzer)和光谱光学平台。所述光谱光学平台具有狭缝，所述狭缝在与所述延迟器的所述测定偏振的维度相同的空间维度上；准直器；分散元件，用于将从所述准直器接收的光的光谱分量沿着垂直于所述狭缝的所述空间维度的光谱维度分散；聚焦光学器件；以及二维探测器阵列。
[0006]以上和其他优选特征——包括元件的实施和组合的各种新颖的细节——现在将参考附图被更具体地描述并且在权利要求中被指明。将理解，仅通过例示而非限制的方式示出了特定的方法和装置。如本领域技术人员将理解的，可以在众多的实施方案中采用本文所解释的原理和特征。
附图说明
[0007]在结合附图考虑时，通过优选实施方案以及其某些改型的以下详细描述，本专利技术的其他目的、特征和优点将变得更明显，在附图中：
[0008]图1描绘了对于不同的光源使用分光偏振计的一个实施方案获得的偏振测量结果；
[0009]图2描绘了对于用来获得图1中所示出的测量结果的不同的光源使用分光偏振计的同一实施方案在预处理原始图像之后获得的偏振测量结果；
[0010]图3描绘了对于左圆形偏振光和右圆形偏振光使用分光偏振计的一个实施方案获得的偏振测量结果；
[0011]图4示出了圆形偏振光的偏振光谱与使用分光偏振计的一个实施方案获得的偏振测量结果的比较；
[0012]图5描绘了对于传递通过枫叶并且由枫叶偏振的光使用分光偏振计的一个实施方案获得的偏振测量结果；
[0013]图6示意性地描绘了根据一个实施方案的几何偏振掩膜；
[0014]图7示意性地描绘了根据一个实施方案的分光偏振计的部件以及其布置；以及
[0015]图8示意性地描绘了根据另一个实施方案的分光偏振计的部件以及其布置。
[0016]虽然本公开内容可做出各种改型和替代形式，但是其具体实施方式已经通过示例的方式被示出在附图中并且将在本文中被详细地描述。本公开内容将被理解为不限于所公开的特定形式，而是相反，其意图是涵盖落入本公开内容的精神和范围内的所有改型、等同物和替代物。
具体实施方式
[0017]公开了用于使用偏振状态的静态几何操纵的偏振测定的系统和方法的实施方案。根据一个实施方案，一种分光偏振计包括具有几何变化快轴的四分之一波延迟器。快轴沿着一个测定偏振的维度变化方向。分光偏振计具有偏振分析器和光谱光学平台。光谱光学平台在空间维度上具有狭缝，并且沿着与空间维度正交的光谱维度产生光谱仪。延迟器被定位成使得测定偏振的维度与空间维度相同，以便在光谱仪的生成期间呈现偏振延迟器和分析器的不同状态。光谱光学平台可以还包括：准直器；以及分散元件，用于将从准直器接收的光的光谱分量沿着垂直于狭缝的空间维度(其也是测定偏振的维度)的光谱维度分散；聚焦光学器件；以及二维探测器阵列。
[0018]偏振是光波的、描述光波的振荡的定向的特性。“旋光分光法”是已经被分散成作为波长的函数的连续光谱或线光谱的光的偏振的测量法。旋光分光法提供多功能诊断工具套件。例如，在天体物理学研究中，偏振测定可以被用来在天体物理尘埃使邻近的恒星的光散射时推断该尘埃的特性。当星光由尘埃散射时，星光以取决于尘埃颗粒的尺寸、孔隙度和成分的方式变成偏振的。可以使用散射光的偏振测定信息来测量这些特性。因此，基于旋光分光法技术的科学研究——尤其是在天文学领域——正经历快速发展阶段，在天文学领域，旋光分光观测正在提供关于行星、恒星以及宇宙起源的重要线索。正如光谱学，偏振测定通常在制药、医学、遥感和物理科学中具有广泛应用。
[0019]光的偏振特性可以由斯托克斯矢量(I、Q、U、V)描述，在该矢量中I是总强度，Q和U
产生垂直于波传播的方向的在彼此成45度的两个平面中的每个中的线性偏振(linear polarization，线偏振)并且，并且V是圆形偏振(circular polarization，圆偏振)。归一化的斯托克斯偏振参数(q、u和v)表示分数偏振状态(分别是Q/I、U/I和V/I)。传统上，利用处于不同定向的偏振滤光片(filter，滤波器)、利用可旋转的波板(wave plate，波片)或利用诸如铁电液晶和共振晶体光弹性调制器(PEM)的复杂的易碎的快速调制部件顺序地进行偏振测量以实现高精度。然而，顺序测量需要移动零件，并且调制部件通常导致固有单色性能和部件易碎性，所有这些引入机械复杂性、错误可能性，并且通常降低偏振计的实用性。实际上，采用这样的方案的偏振计因为需要顺序测量所以其性能受限，或对于在天基天文台中可靠部署是太不切实际的。
[0020]在各实施方案中，该系统可以执行斯托克斯偏振测定而无需任何移动零件。这些实施方案是紧凑且鲁棒的，并且可以基于静态几何偏振操纵在单个数据帧上编码完整的偏振信息。特别地，通过将具有变化其定向的快轴的延迟器的快轴的旋转映射到沿着空间轴的位置，根据各实施方案的偏振计被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种分光偏振计，包括：延迟器，所述延迟器具有几何变化快轴，其中所述快轴沿着测定偏振的维度变化；偏振分析器；以及光谱光学平台，所述光谱光学平台包括：狭缝，所述狭缝在与所述延迟器的所述测定偏振的维度相同的空间维度上；准直器；分散元件，用于将从所述准直器接收的光的光谱分量沿着垂直于所述狭缝的所述空间维度的光谱维度分散；聚焦光学器件；以及二维探测器阵列。2.根据权利要求1所述的分光偏振计，其中所述延迟器包括四分之一波延迟器，所述四分之一波延迟器具有沿着选定的轴连续地变化的或微观地图案化的快轴。3.根据权利要求1所述的分光偏振计，其中所述延迟器包括多个四分之一波板条，其中第一条的快轴相对于与所述第一条相邻的第二条的快轴成选定的角度。4.根据权利要求1所述的分光偏振计，其中：所述几何变化快轴被旋转180
°
m次并且每次旋转包括所述快轴的n个不同的定向；所述快轴的一个定向对应于所述探测器阵列的k个像素；并且所述探测器阵列包括在所述测定偏振的维度上的(x＝m
×
n
×
k)个像素。5.根据权利要求4所述的分光偏振计，其中所述探测器阵列包括在所述光谱维度上的y个像素，x独立于y。6.根据权利要求4所述的分光偏振计，其中：一个像素的宽度是w；并且所述延迟器的长度是大约y
×
w。7.根据权利要求6所述的分光偏振计，其中：一个像素的宽度w是大约15μm；并且所述快轴的一个定向对应于4个像素。8.根据权利要求1所述的分光偏振计，其中所述延迟器包括多个半...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：赛提研究所，
类型：发明
国别省市：