用于偏振补偿的系统和方法技术方案

本发明专利技术的各种实现方式改善了包括偏振分束器和四分之一波片的光路的光学效率。在本发明专利技术的一些实现方式中——其中附加光学部件向光路引入相位延迟——可以将四分之一波片调整成偏离其相对于光路的标称取向，以改善光路的光学效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于偏振补偿的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年1月15日提交的题为“SystemandMethodforPolarizationCompensation(用于偏振补偿的系统和方法)”的美国专利申请No.62/279,093的优先权，其全部内容通过参引并入本文。
本专利技术总体上涉及光学发射器/接收器系统(例如，激光雷达系统或激光雷达)中的圆偏振，并且更特别地涉及对在发射器/接收器系统的圆偏振光路中引入相位延迟的光学部件进行补偿。
技术介绍
包括但不限于激光雷达系统的各种常规的发射器/接收器系统采用圆偏振来使这些系统的光学效率改善、优化和/或最大化。图1示出了发射器/接收器系统100的常规配置，发射器/接收器系统100结合有圆偏振器120，圆偏振器120包括偏振分束器(“PBS”)130以及相对于由PBS130限定的偏振轴成45°的四分之一波片(“QWP”)140。可以理解的是，在这样的配置中，发射器/接收器系统100的光学效率被最大化，而对光源110的反馈被最小化。如果返回信号来自于单个反射目标102，则圆偏振器120的光学效率可以接近100％。采用圆偏振器120比采用非偏振分束器有利得多，非偏振分束器仅可以提供25％的最大效率。圆偏振器120还可以提供偏振调整的优点。实验结果表明，包括生物组织在内的许多常见的散射目标部分地保留了偏振，因此即使最佳效率小于100％，圆偏振器120仍是最佳的。可以理解的是，发射器/接收器系统100的基本配置中可以结合有其他光学部件，比如聚焦透镜(未另外示出)，转向镜220和/或具有分束器235的视口系统230，例如如图2中所示。这些光学部件中的一些光学部件对最佳光学效率有影响。通常，光学部件比如透镜对偏振几乎无影响，这是因为光到这些部件上的入射角度(AOI)通常接近零。然而，随着AOI变大，比如与转向镜220和分束器235相关联的那些情况，光学效率可能受影响。作为示例，具有受保护的金涂层的典型转向镜(比如转向镜220)在AOI为45°时的相位延迟可能在+/-30度的范围内变化；并且典型的波长选择二向色分束器(比如分束器235)可能具有类似量值的相位延迟。图3示出了通过向系统添加延迟大于10°的部件可以显著影响该系统的光学效率。对于具有两个或更多个这种部件的系统而言，累积延迟可能容易地超过45°，并且这种系统的光学效率可能变得很差，以至于从该系统移除QWP140实际上可能改善光学效率。需要可对由发射器/接收器系统中包括的各种光学部件引入的延迟进行补偿的发射器/接收器系统。
技术实现思路
本专利技术的各种实现方式改善了包括偏振分束器和四分之一波片的光路的光学效率。在本专利技术的一些实现方式中——其中附加光学部件向光路引入相位延迟——可以将四分之一波片调整成偏离其相对于光路的标称取向，以改善光路的光学效率。在本专利技术的一些实现方式中，可以将四分之一波片旋转成偏离相对于偏振分束器的偏振轴的标称的45°角度。在本专利技术的一些实现方式中，可以将四分之一波片倾斜成偏离相对于光路的标称的0°入射角度。在本专利技术的一些实现方式中，可以将四分之一波片旋转成偏离相对于偏振分束器的偏振轴的标称的45°角度，并且倾斜成偏离相对于光路的标称的0°入射角度。下面进一步详细描述本专利技术的这些实现方式、这些实现方式的特征及其他方面。附图说明图1示出了现有技术的发射器/接收器系统，其结合有包括偏振分束器与成45°的四分之一波片的圆偏振器。图2示出了现有技术的发射器/接收器系统，其包括附加光学部件，比如聚焦透镜、转向镜和/或视口系统。图3示出了通过向系统添加延迟大于10度的部件可以显著影响该系统的光学效率。图4示出了根据本专利技术的各种实现方式的采用圆偏振器的发射器/接收器。图5示出了根据本专利技术的各种实现方式的采用圆偏振器的发射器/接收器。图6示出了根据本专利技术的各种实现方式的针对由光学部件在光路中引入的不同延迟中的各个延迟的作为四分之一波片与偏振分束器之间的旋转角度的函数的光学效率的各个曲线。图7示出了根据本专利技术的各种实现方式的对将四分之一波片相对于光路调整有用的配置。具体实施方式啁啾(chirped)激光雷达系统采用两个或更多个激光源来提供啁啾激光雷达信号。这些啁啾激光雷达信号在入射到目标上的点并从目标上的点反射回时可以被检测到并且被用于确定目标上的点的范围和瞬时多普勒速度。这种激光雷达系统可从弗吉尼亚州的DigitalSignalCorporationofChantilly获得，并且在2009年3月31日授权的题为“ChirpedCoherentLaserRadarSystemandMethod(啁啾相参激光雷达系统和方法)”的美国专利No.7,511,824中有描述。前述专利通过参引并入本文，如同其全部内容在下面再现一样。上面提到的激光雷达系统(出于本描述的目的，该激光雷达系统可以视为发射器/接收器)对于包括大部分的光学部件和光纤(即，光导纤维)的光路采用线性偏振，而对于从激光雷达系统到目标和从目标到激光雷达系统的自由空间光路(即，自由空间路径)采用圆偏振。可以理解的是，圆偏振光不会由于被目标反射而受到与线性偏振光相同程度的影响。根据本专利技术的各种实现方式，光导纤维的线性偏振光在线性偏振光离开激光雷达系统的光纤梢端之后通过四分之一波片140转换为圆偏振。四分之一波片140定向成使得四分之一波片140的光轴与来自光纤梢端的光的线性偏振轴成标称45°。自由空间路径中的其他元件比如转向镜220、窗口230和/或分束器235(这些元件单独或总体向激光雷达系统引入多于10度的延迟)影响该圆偏振光的圆度/椭圆度，从而最终降低激光雷达系统的灵敏度。因此，本专利技术的各种实现方式对由这些光学部件引入发射器/接收器配置比如美国专利No.7,511,824的激光雷达系统中的延迟进行补偿。图4示出了根据本专利技术的各种实现方式的发射器/接收器配置400，发射器/接收器配置400通过下述方式对由添加的光学部件引入的延迟进行补偿：即，将这些部件设置成使得它们位于偏振分束器130与四分之一波片440之间的光路中。例如，配置400包括添加的部件、即转向镜220和分束器235，这些添加的部件设置在偏振分束器130与四分之一波片440之间的光路中。可以理解的是，该光路可以在偏振分束器120与四分之一波片440之间包括自由空间、光纤或其他光路或者其组合。这种配置400的光学效率在下述情况下不会降低：1)入射在这些添加的部件上的光在这些添加的部件处线性偏振并且2)光的偏振方向平行于或垂直于入射平面对准。当这两个条件均满足时，这些添加的部件在配置400内几乎不引入额外的相位延迟。通常，本专利技术的各种实现方式可以使用设计成具有最小相位延迟的单个光学部件，或者可以使用配置成抵消彼此的相位延迟的一组光学部件。然而，涂层制造商通常不愿意控制或指定延迟参数。尽管如此，实验表明，在具有相同涂层批次或相同涂层配方的涂层的光学部件中相位延迟是一致的。因此，在本专利技术的这些实现方式中，光学部件可以指定为来自相同的涂层批次或至少具有相同的涂层配方。这种实现方式可以避免直接指定光学部件的相位延迟参数引起的较高涂层成本。本专利技术的一些实现方式(未另外示出)可以将一对或多个光学部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆偏振光路，包括：光学部件，所述光学部件向所述光路引入相位延迟；以及四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述光路内并且调整成偏离相对于所述光路的标称取向以补偿由所述光学部件引入的所述相位延迟，其中，所述标称取向包括相对于所述光路的偏振轴的45°角度，和0°入射角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 US 62/279,0931.一种圆偏振光路，包括：光学部件，所述光学部件向所述光路引入相位延迟；以及四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述光路内并且调整成偏离相对于所述光路的标称取向以补偿由所述光学部件引入的所述相位延迟，其中，所述标称取向包括相对于所述光路的偏振轴的45°角度，和0°入射角度。2.一种光路，包括：偏振分束器，所述偏振分束器限定所述光路的偏振轴；光学部件，所述光学部件向所述光路中的圆偏振辐射引入相位延迟；以及四分之一波片，所述四分之一波片设置在所述光路内并且相对于所述光路配置成补偿由所述光学部件引入的所述相位延迟。3.根据权利要求2所述的光路，其中，所述四分之一波片在所述光路内设置成使得所述光路的光学效率最大化。4.根据权利要求2所述的光路，其中，所述四分之一波片配置成相对于由所述偏振分束器限定的偏振轴成除了标称45°角度之外的角度。5.根据权利要求4所述的光路，其中，所述四分之一波片以使所述光路的光学效率最大化的除了标称45°角度之外的角度配置。6.一种用于改善光路的光学效率的方法，所述光路包括偏振分束器、光学部件和四分之一波片，所述光学部件向所述光路引入相位延迟，所述方法包括：调整所述四分之一波片...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·万，H·达尼埃尔，C·罗勒，
申请(专利权)人：立体视觉成像公司，
类型：发明
国别省市：美国,US