基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光偏振态的测量方法及仪器设备技术领域，具体涉及一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置及方法，该装置，包括45°双驱动对称结构弹光调制器、检偏器、光电探测器、FPGA控制模块和控制电脑，待测光源依次通过45°双驱动对称结构弹光调制器和检偏器后被光电探测器探测，45°双驱动对称结构弹光调制器通过LC谐振高压驱动电路与FPGA控制模块连接，光电探测器通过信号采集单元AD与FPGA控制模块连接，FPGA控制模块与控制电脑连接。克服了采用液晶相位延迟器、电光调制器等相位调制方法耗时，多次测量实现全部斯托克斯矢量测量的不足，所述发明专利技术同时实现全部斯托克斯矢量的单次测量时间在毫秒量级。

Full Stokes vector detection device and method based on fast axis adjustable elastic light modulation

The invention belongs to the technical field of measuring methods and instruments for polarization state of light, in particular relates to an all-Stokes vector detection device and method based on fast-axis adjustable Elasto-optical modulation. The device comprises a 45 degree dual-drive symmetrical Elasto-optical modulator, a polarizer, a photoelectric detector, a FPGA control module and a control computer to be measured. The light source is detected by photoelectric detector through 45 degrees symmetrical elasto-optic modulator and polarizer. The 45 degrees symmetrical elasto-optic modulator is connected to the FPGA control module by LC resonant high-voltage driving circuit. The photoelectric detector is connected to the FPGA control module by signal acquisition unit AD, the FPGA control module and the control electricity. Brain connections. The invention overcomes the shortcomings of using liquid crystal phase retarder, electro-optic modulator and other phase modulation methods to realize all Stokes vector measurements by multiple measurements. The invention simultaneously realizes the single measurement time of all Stokes vectors in the order of milliseconds.

【技术实现步骤摘要】
基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置及方法
本专利技术属于光偏振态的测量方法及仪器设备
，具体涉及一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置及方法。
技术介绍
同幅值、频率、相位等信息一样，偏振是光波的又一维重要信息。光偏振已在照明、显示、成像、太阳磁场测量和导航等方面被广泛应用，在国民生活、基础科学研究和国防安全等领域具有重要应用意义。光具有自然光、部分偏振光和完全偏振光之分，对于完全偏振光又可分为线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。应用斯托克斯矢量能够完全描述光波的全部偏振态，因此，测量入射光波的全部斯托克斯矢量便能够实现光波的全部偏振态分析。在已有技术1[MujatM,BaleineE,DogariuA.Interferometricimagingpolarimeter.[J].JournaloftheOpticalSocietyofAmericaAOpticsImageScience&Vision,2004,21(11):2244.]、[徐晓姗.偏振光斯托克斯参量的分振幅测量系统的设计与实验研究[D].浙江大学,2011.]、[西安交通大学.光偏振态斯托克斯参量的测量方法及系统:中国,CN201010300058.X[P].2011-07-06.]中提出分振幅法测量斯托克斯矢量，该类方法将入射光分为多路，采用多个探测器或分割探测器焦平面来实现斯托克斯矢量的测量。分振幅法需要在检测光路中插入分光器件，不仅会对待测光波引起插入损耗，还会对待测光波偏振态产生干扰，造成测量误差。在已有技术2[BuenoJM.Polarimetryusingliquid-crystalvariableretarders:theoryandcalibration[J].JournalofOpticsAPure&AppliedOptics,2000,2(3):216-222.]、[李克武,王志斌,李晓,等.一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪.CN105157837A[P].2015]、[DavisA,CairnsB,HancockB,etal.Dual-photoelastic-modulator-basedpolarimetricimagingconceptforaerosolremotesensing[J].AppliedOptics,2007,46(35):8428-8445.]中提出相位调制的斯托克斯矢量测量方法，相位调制器件可以选用液晶可变相位延迟器、电光调制器和弹光调制器等。选用液晶可变相位延迟器的相位调制方法能够获得较大的通光孔径，选用电光调制器的相位调制方法能够降低环境温度、振动等因素干扰，但上述两种方法需分几次调节相位来实现全部斯托克斯矢量的测量。传统选用弹光调制器的相位调制方法，通常选用两个频率相差的调制器，采用差频信号实现斯托克斯矢量的测量，但通常不能够实现斯托克斯矢量的第4分量的测量。近来我们提出了一种新型对称结构弹光调制，参见文献[王志斌,李克武,张瑞,陈友华,陈媛媛,李晋华,刘兴来,杨常青.新型对称结构弹光调制器[P].中国专利:ZL201510279003.8]、[LiKewu,WangLiming,ZhangRui,WangZhibin.Modulationaxisperformscircularmotionina45°dual-drivesymmetricphotoelasticmodulator[J].ReviewofScientificInstruments,2016,87(12):123103]、[LiKewu,WangZhibin,WangLiming,ZhangRui.45°double-drivephotoelasticmodulation[J].JournaloftheOpticalSocietyofAmericaA,2016,33:2041-2046]，实现了快轴可调的弹光调制。因此，有必要将其应用于斯托克斯矢量测量，利用其偏振分析应用优势，能够解决现有斯托克斯矢量分析方法及仪器的不足。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置及方法，可同时实现斯托克斯矢量的全部4个分量的高速、高灵敏测量，进一步实现光波全部偏振态分析。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置，包括45°双驱动对称结构弹光调制器、检偏器、光电探测器、FPGA控制模块和控制电脑，待测光源依次通过45°双驱动对称结构弹光调制器和检偏器后被光电探测器探测，45°双驱动对称结构弹光调制器通过LC谐振高压驱动电路与FPGA控制模块连接，光电探测器通过信号采集单元AD与FPGA控制模块连接，FPGA控制模块与控制电脑连接。所述待测光源可以是激光光源、样品反射或透射光、太阳光。所述45°双驱动对称结构弹光调制器的通光晶体可以采用熔融石英、氟化钙、硒化锌、单晶锗，各向同性通光晶体。一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测方法，待测光源依次通过45°双驱动对称结构弹光调制器和检偏器后被光电探测器探测，探测器探测到的调制光信号经信号采集单元AD转换后，输入FPGA控制模块中完成数据处理，最终实现入射光的斯托克斯矢量测量分析。弹光调制器在两个成45°压电驱动器作用下，弹光调制器的相位延迟量为一个常量，调制快轴以弹光调制器谐振频率的一半做圆周运动。利用快轴可调弹光调制的偏振分析应用优势，斯托克斯矢量的全部4个分量被加载到倍频调制光信号中，采用数字锁相数据处理技术，能够实现斯托克斯的全部4个分量同时测量，并且单次测量时间在毫秒量级。弹光调制器的工作控制以及调制光信号的数据处理均基于同一个FPGA控制模块完成，在降低系统设计成本的同时，能够使得测量系统有利于工业自动化集成控制。本专利技术与现有技术相比，具有的有益效果是：1)该装置及方法是建立在先进的相位调制方法基础上，采用一种45°双驱动对称结构弹光调制器实现快轴可调弹光调制，该类弹光调制能够实现快轴以几十千赫兹旋转，应用于斯托克斯矢量测量，能够实现斯托克斯矢量4个分量的同时测量，并且具有较快的测量速度，克服了采用液晶相位延迟器、电光调制器等相位调制方法耗时，多次测量实现全部斯托克斯矢量测量的不足，所述专利技术同时实现全部斯托克斯矢量的单次测量时间在毫秒量级；2)该装置及方法，其相位调制方法采用快轴可调弹光调制，该类型弹光调制类似一个旋转的波片，但该类型弹光调制具有更高的调制频率，并且无机械旋转，测量光路为单一共光路，克服了机械旋转偏振元件引起的光速漂移、分振幅方法插入分光元件引入的插入光强损耗，以及插入分光元件引入的偏振误差，所述专利技术具有较好的工作稳定性，保证了斯托克斯矢量测量的精度；3)该装置及方法，其用于实现先进相位调制方法的弹光调制器驱动控制，通过FPGA产生频率、相位和幅值能够灵活调节的驱动方波经LC谐振电路放大后实现，并且FPGA控制采集单元AD工作，同时采集单元AD转换的数字信号序列在FPGA中利用数字锁相技术完成数据解调。该专利技术的相位调制及数据处理由同一个FPGA控制完成，有利于系统的工业自动化集成控制。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置，其特征在于：包括45°双驱动对称结构弹光调制器(2)、检偏器(4)、光电探测器(5)、FPGA控制模块(7)和控制电脑(8)，待测光源(1)依次通过45°双驱动对称结构弹光调制器(2)和检偏器(4)后被光电探测器(5)探测，45°双驱动对称结构弹光调制器(2)通过LC谐振高压驱动电路(3)与FPGA控制模块(7)连接，光电探测器(5)通过信号采集单元AD(6)与FPGA控制模块(7)连接，FPGA控制模块(7)与控制电脑(8)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置，其特征在于：包括45°双驱动对称结构弹光调制器(2)、检偏器(4)、光电探测器(5)、FPGA控制模块(7)和控制电脑(8)，待测光源(1)依次通过45°双驱动对称结构弹光调制器(2)和检偏器(4)后被光电探测器(5)探测，45°双驱动对称结构弹光调制器(2)通过LC谐振高压驱动电路(3)与FPGA控制模块(7)连接，光电探测器(5)通过信号采集单元AD(6)与FPGA控制模块(7)连接，FPGA控制模块(7)与控制电脑(8)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置，其特征在于：所述待测光源(1)可以是激光光源、样品反射或透射光、太阳光。3.根据权利要求1所述的一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测装置，其特征在于：所述45°双驱动对称结构弹光调制器(2)的通光晶体可以采用熔融石英、氟化钙、硒化锌、单晶锗，各向同性通光晶体。4.一种基于快轴可调弹光调制的全斯托克斯矢量检测方法，其特征在于：待测光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克武，王爽，王志斌，李晓，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14