一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统及定标方法技术方案

本发明专利技术公开了一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统及定标方法。该系统包括光源、孔径光阑、可旋转的起偏器、可旋转的宽波段消色差相位延迟片、可旋转的检偏器、光功率计，所述起偏器和检偏器均采用偏振棱镜。本发明专利技术基于偏振器件的Mueller矩阵推导了包含消光比参数的延迟片相位延迟量表达式，并搭建了宽波段消色差1/4波片相位延迟量定标系统。该系统无需参考光路等辅助光路，因此其结构紧凑、简单，且满足相位延迟片对延迟量的测量要求；可以得到相对角度法中偏振器件参数与相位延迟量的关系，其旋转精度高，延迟量定标结果准确，在精确测量应用中具有一定的应用价值。确测量应用中具有一定的应用价值。确测量应用中具有一定的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统及定标方法


[0001]本专利技术属于光学
，具体涉及一种宽波段消色差相位延迟片在某一波段范围内各个波长上的延迟量测量，尤其涉及一种宽波段消色差1/4波片的定标方法及定标系统。

技术介绍

[0002]宽波段消色差1/4波片能够在很大的波段范围内使光达到所需的相位延迟，其有着非常广泛的用途，可应用于偏振光谱、光通信、天文测量及偏振成像等行业领域，而且随着精密制造技术及现代光学测量技术的发展，对延迟片的相位延迟量及快轴方位角的精度提出了更高的要求，因此特定环境下延迟片相位延迟量的测量显得尤为重要。
[0003]在大气遥感偏振探测中，为了使获得的偏振探测信息更加准确，需要光学系统具有高测量精度，以及旋转误差的可控性。目前对延迟片延迟量的定标方法有：光弹调制法、电光调制法、偏振调制法、光外差相位检测法、旋转测量法等，这些定标装置相对复杂，如电光调制相位比较法还需要采用电光调制器和参考光路，并且这些定标方法对偏振器件的初始角度有较高的要求，以及未考虑偏振器件消光比参数对实际定标结果的影响。
[0004]随着定标理论的愈加成熟，定标方法愈加新颖，为了满足实际使用中高精度测量的要求，宽波段消色差1/4波片的定标系统需具有定标速度快、精度高等特点。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对测量方法和精度问题，基于偏振棱镜的Mueller矩阵，推导了包含消光比参数的延迟片相位延迟量表达式，可以实现宽波段消色差相位延迟片在测量波段上各个波长延迟量的定标。/>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，沿光路方向依次包括光源、孔径光阑、可旋转的起偏器、可旋转的宽波段消色差相位延迟片、可旋转的检偏器、光功率计，所述起偏器和检偏器均采用偏振棱镜；光源垂直经过起偏器、宽波段消色差相位延迟片及检偏器后，出射光的Stokes矢量S
out
以乘积的形式表示，将Mueller矩阵展开得到S
out
的第一个参量为第一光强值；将宽波段消色差相位延迟片旋转Δθ2角度，得到第二光强值，再将第一光强值与第二光强值相加得到第三光强值，再将检偏器旋转Δθ3角度，得到第四光强值；通过第三光强值和第四光强值的表达式获得宽波段消色差相位延迟片的延迟量；根据所述宽波段消色差相位延迟片延迟量的表达式，当起偏器和检偏器的相对光强值已知时，仅测出相对光强和，即可获得宽波段消色差相位延迟片的相位延迟量，其中I0为光源的光强值。
[0007]进一步的，所述宽波段消色差相位延迟片的工作波长在起偏器和检偏器的工作波段内。
[0008]进一步的，所述孔径光阑和起偏器之间沿光路方向依次设置有第一正透镜和第二正透镜，其中，第一正透镜的焦距f1大于第二正透镜的焦距f2，两个长短焦距正透镜组合使用构成准远心光路，用于进一步准直光路。
[0009]进一步的，所述系统内部孔径光阑之间还设置有滤光片。
[0010]进一步的，所述光源为卤素灯光源。
[0011]进一步的，所述偏振棱镜安装于可电动操控的精密旋转位移台上。
[0012]进一步的，所述偏振棱镜为Glan Thompson偏振棱镜。
[0013]进一步的，所述宽波段消色差相位延迟片安装在可电动操控的精密旋转位移台上。
[0014]进一步的，所述宽波段消色差相位延迟片为1/4波片，所述1/4波片的相位延迟量δ为：；其中，其中，K
i
为相对光强值。
[0015]一种基于上述系统的宽波段消色差相位延迟片延迟量定标方法，包括如下步骤：步骤一：调节各仪器高度使光束垂直进入光功率计，遮挡光束并调节光功率计显示值为0；步骤二：选取光功率计的合适量程，记录光源的光强值I0；步骤三：若未给定消光比值，按以下方法计算起偏器的K1及K2值和检偏器的K3及K4值；将起偏器或检偏器安装在光功率计前并调节高度使光束垂直射入其正中心，旋转偏振片角度记录最大光强I
max
及最小光强I
min
，则可求得：步骤四：在保持起偏器和检偏器初始角度θ1=θ3=0
°
情况下，将待检宽波段消色差相位延迟片安装在起偏器和检偏器中间，调整宽波段消色差相位延迟片的快轴角度及高度，使得光路共轴，旋转宽波段消色差相位延迟片，使其角度变化Δθ2角度，此时光强值为；继续旋转检偏器变化Δθ3角度，此时光强值为；步骤五：计算获得宽波段消色差相位延迟片的相位延迟量δ。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过基于偏振器件的Mueller矩阵推导得到了包含消光比参数的延迟片相位延迟量表达式，实现了宽波段消色差相位延迟片在测量波段上各个波长延迟量的定标，可进一步推广定标任意相位延迟片，方法具有普适性；2、本专利技术的系统采用Glan Thompson偏振棱镜和电动控制PRM1Z8精密旋转位移台旋转延迟片，由于超高的偏振棱镜消光比和旋转位移台旋转精度，其定标结果准确性高、稳
定性好；3、本专利技术的系统结构简单，无其它辅助光路，并且进行了准远心光路设计，使用两个长短焦距正透镜组合使用，进一步准直光路，大大降低了系统的误差；4、滤波片放置在孔径光阑前，很大程度减少了杂散光进入系统成像。
附图说明
[0017]图1为一种宽波段消色差1/4波片延迟量定标方法及定标系统结构示意图；图2为线偏振片透光轴方向与轴夹角的示意图。
[0018]图中标记：1
‑
卤素灯光源；2
‑
滤光片；3
‑
孔径光阑；4
‑
第一正透镜；5
‑
第二正透镜；6
‑
第一Glan Thompson偏振棱镜；7
‑
宽波段消色差1/4波片；8
‑
第二Glan Thompson偏振棱镜；9
‑
光功率计。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0020]本实施例提供一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统及定标方法，其中，宽波段消色差相位延迟片具体以宽波段消色差1/4波片实例说明。
[0021]如图1所示，一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，包括光源一套（本实施例具体为卤素灯光源1）、多种规格波长滤光片2若干、孔径光阑3、第一正透镜4、第二正透镜5、第一Glan Thompson偏振棱镜6、待定标的安装在可电动操控PRM1Z8精密旋转位移台上的可旋转宽波段消色差1/4波片7、第二Glan Thompson偏振棱镜8以及光功率计9。卤素灯光源1依次通过滤光片2、孔径光阑3、第一正透镜4、第二正透镜5、第一Glan Thompson偏振棱镜6（起偏器）、宽波段消色差1/4波片7、第二Glan Thompson偏振棱镜8（检偏器）和光功率计9，得到测量光强值。其中Glan Thompson偏振棱镜和宽波段消色差1/4波片的旋本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，其特征在于，沿光路方向依次包括光源、孔径光阑、可旋转的起偏器、可旋转的宽波段消色差相位延迟片、可旋转的检偏器、光功率计，所述起偏器和检偏器均采用偏振棱镜；光源垂直经过起偏器、宽波段消色差相位延迟片及检偏器后，出射光的Stokes矢量S
out
以乘积的形式表示，将Mueller矩阵展开得到S
out
的第一个参量为第一光强值；将宽波段消色差相位延迟片旋转Δθ2角度，得到第二光强值，再将第一光强值与第二光强值相加得到第三光强值，再将检偏器旋转Δθ3角度，得到第四光强值；通过第三光强值和第四光强值的表达式获得宽波段消色差相位延迟片的延迟量；根据所述宽波段消色差相位延迟片延迟量的表达式，当起偏器和检偏器的相对光强值已知时，仅测出相对光强和，即可获得宽波段消色差相位延迟片的相位延迟量，其中I0为光源的光强值。2.根据权利要求1所述的一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，其特征在于，所述宽波段消色差相位延迟片的工作波长在起偏器和检偏器的工作波段内。3.根据权利要求1所述的一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，其特征在于，所述孔径光阑和起偏器之间沿光路方向依次设置有第一正透镜和第二正透镜，其中，第一正透镜的焦距f1大于第二正透镜的焦距f2，两个长短焦距正透镜组合使用构成准远心光路，用于进一步准直光路。4.根据权利要求1所述的一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，其特征在于，所述系统内部孔径光阑之间还设置有滤光片。5.根据权利要求1所述的一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，其特征在于，所述光源为卤素灯光源。6.根据权利要求1所述的一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：史冬冬，曹昭斌，李泽，杨国伟，蔡锃宇，杨军，王斌，
申请(专利权)人：中科院南京天文仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：