本发明专利技术提供了偏振状态检测装置，所述检测装置包括：扩束器、波片及波片固定结构、光阑阵列结构、偏振分束棱镜和两个四象限光电探测器；还提供了其检测方法和应用。本发明专利技术装置全部采用固定元件从而在实现较高稳定性的同时，也可以实现快速的偏振状态探测，紧凑的光学设计使得这一装置尺寸可以做到较小，从而实现小型化，使它可以满足更加广泛应用场合的要求。
Polarization State Detection Device, Its Detection Method and Application
The invention provides a polarization state detection device, which comprises a beam expander, a fixed structure of wave plate and wave plate, an aperture array structure, a polarization beam splitting prism and two four quadrant photodetectors, and also provides a detection method and application thereof. The device of the invention adopts all fixed elements so as to achieve high stability, and at the same time, it can also realize fast polarization state detection. The compact optical design makes the device smaller in size, thus realizing miniaturization, so that it can meet the requirements of wider application occasions.
【技术实现步骤摘要】
偏振状态检测装置、其检测方法及应用
本专利技术属于光测量领域，具体涉及一种偏振状态检测装置，及其检测方法和应用。
技术介绍
光的偏振状态信息是光场的基本属性之一，通过对光的偏振状态进行测量可以从中获取大量有价值的信息。例如在光谱测量中获取入射光在通过样品前后偏振态的变化可以获得样品相关的物理或化学性质；应用于医疗成像上可以对特定的组织病变进行检测；在天文测量中，获取遥远天体的光谱偏振信息可以获得天体的相关物质属性。如果配合相应的偏振状态控制器，对输出光线偏振状态进行实时测量，并通过反馈控制就可以实现对输出光线偏振状态的任意控制，这在一些通信或精密测量等应用中有着非常重要的意义。一般采用四个斯托克斯参数(S0，S1，S2，S3)对光的任意偏振状态进行描述，因此对偏振状态的测量就转化为对斯托克斯参数的测量。探测任意光场偏振状态的方法有很多种，例如使入射光首先通过一个旋转的四分之一波片后，再通过一个固定方向的偏振片后，测量透过光束光强变化，这是在商用偏振检测仪中普遍采用的一种探测器结构，通过对探测光强的分析就可以获得入射光的斯托克斯参数，由于旋转波片是机械部件，难以获得较高的稳定性，同时机械部件的使用也使得偏振状态检测的速度相对较慢，难以用于需要快速探测偏振状态的应用场合。而使用相位延迟器例如压控液晶，电光晶体或光弹调制器等构成的偏振检测器，通常使入射光分别依次通过两个独立调制并且相位主轴成45度角的相位延迟器后，再通过固定方向的偏振片，测量透过光束的光强信号，通过锁相环解调和计算就可以获得入射光相应的斯托克斯参数，这种方法虽然可以实现对偏振状态的快速测量，但是系统相对复杂，并且制作成本较高。而另外一些偏振探测器通过将入射光分束为多束光后分别通过不同的分离元件再探测此后的光强信号，从而获得入射光的偏振状态，它可以实现较高的数据探测速度，并且制作成本较低，但元件较多不利于集成并实现小型化。现有技术主要存在问题：一、使用旋转波片的探测器，由于使用机械部件，稳定性较差，同时难以实现较高的探测速度。二、通过调制相位延迟器的偏振探测器需要使用锁相环，并且结构相对比较复杂，制造成本较高。三、通过分束后分别通过不同分离元件构成的偏振探测器结构较复杂，难以实现小型化。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种偏振状态检测装置，及其检测方法和应用。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种偏振状态检测装置，所述检测装置包括：扩束器、波片及波片固定结构、光阑阵列结构、偏振分束棱镜和两个四象限光电探测器；其中，光束经过扩束器，再依次通过装有波片的波片固定结构以及光阑阵列，经由偏振分束棱镜分束后分别被垂直分布于两个方向上的四象限光电探测器所探测。根据本专利技术第一方面的检测装置，其中，所述扩束器包括：凹透镜和凸透镜；优选地，所述扩束器放大后的光斑大小与所述四象限探测器尺寸匹配。根据本专利技术第一方面的检测装置，其中，所述波片固定结构与光束垂直放置；优选地，所述波片固定结构具有4个圆形开孔，所述圆形开孔呈2×2的矩阵排布。根据本专利技术第一方面的检测装置，其中，所述四个圆形开孔中，与光束垂直方向下方两个开孔不放置光学元件，与光束垂直方向上方两个开孔分别放置四分之一波片和二分之一波片；优选地，所述四分之一波片的快轴方向与光束成45度角，所述二分之一波片的快轴方向与光束成22.5度角。根据本专利技术第一方面的检测装置，其中，所述光阑阵列结构的光阑排布与所述波片固定结构的开孔相适应，所述四象限光电探测器的象限分布与所述光阑阵列结构的光阑排布相适应。根据本专利技术第一方面的检测装置，其中，所述波片选自以下一种或多种：聚合物波片、石英波片、石英片与双折射氟化镁或紫外蓝宝石片的复合消色差波片；优选地，所述波片为聚合物波片。根据本专利技术第一方面的检测装置，其中，所述波片为同一基片上生长的聚合物波片；优选地，波片中不需要相位延迟的部分为一个波长相位延迟的波片。本专利技术的第二方面提供了一种偏振状态检测方法，所述方法采用如第一方面所述的检测装置检测偏振状态；优选地，所述方法包括以下步骤：(1)测量所述四象限光电探测器每一象限的测量电压与待测光光强的转换关系；(2)待测光束通过所述检测装置后，测量两个四象限光电探测器每一象限的电压信号，根据测量结果计算即可获得待测光束的偏振状态信息。本专利技术的第三方面提供了一种光学仪器，所述光学仪器包括如第一方面所述的偏振状态检测装置。本专利技术的第四方面提供了第一方面所述的偏振状态检测装置在制备光学仪器中的应用。本专利技术人提出了一种小型化偏振状态检测装置的设计，它全部采用固定元件从而在实现较高稳定性的同时，也可以实现快速的偏振状态探测，紧凑的光学设计使得这一装置尺寸可以做到较小，从而实现小型化，使它可以满足更加广泛应用场合的要求。本专利技术的小型化偏振状态检测装置的设计全部采用固定元件从而可以实现非常高的稳定性，提高了系统的抗干扰能力，同时可以实现快速的偏振状态检测。本专利技术的装置可以具有但不限于以下有益效果：1.使用小型化偏振状态检测装置可以提高系统的稳定性，可靠性，同时较高的偏振状态探测速率可以满足需要高速测量的应用场合，较小的装置体积使得它安装更加方便，有利于系统的集成化。2.此专利技术主要应用于需要对偏振状态进行测量的应用场合，例如光谱测量，光通信中的偏振状态检测，以及一些相关的医疗探测领域，能保证系统稳定性的同时，提供较高的偏振状态检测速率，以及有利于系统的集成化。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1示出了本专利技术偏振测量装置结构示意图。图2示出了波片固定结构示意图。图3示出了光阑阵列示意图。图4示出了四象限探测器示意图。附图标记说明：1、凹透镜；2、凸透镜；3、波片固定结构；4、光阑阵列结构；5、偏振分束棱镜；7、四象限光电探测器一；6、四象限光电探测器二。具体实施方式下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。本部分对本专利技术试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本专利技术目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本专利技术仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本专利技术所用材料和操作方法是本领域公知的。以下实施例中使用的材料和仪器如下：材料：偏振分束棱镜，购自ThorLab公司。仪器：四象限探测器，购自滨松公司、型号S5980。实施例1针对上述问题，本专利技术的目的在于通过紧凑的光学设计提出了一种小型化偏振状态检测装置的设计，它全部采用固定元件从而可以实现非常高的稳定性，并且可以实现快速的偏振状态检测。为了使本专利技术的目的、技术方案及原理更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。偏振状态检测装置的结构如图1所示，其中元件1是凹透镜，2是凸透镜，1与2共同构成扩束器对入射光线进行扩束，3是波片固定结构(结构如图2所示)，4是光阑阵列结构(结构如图3所示)，5是一块偏振分束棱镜，其中7和6是四象限光电探测器(结构如图4所示)。如图一所示待测光束在z方向从左向右传播，首先经过1与2构成的扩束器后变成截面较大的光束后，再依次通过装有波片的固定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种偏振状态检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：扩束器、波片及波片固定结构、光阑阵列结构、偏振分束棱镜和两个四象限光电探测器；其中，光束经过扩束器，再依次通过装有波片的波片固定结构以及光阑阵列，经由偏振分束棱镜分束后分别被垂直分布于两个方向上的四象限光电探测器所探测。
【技术特征摘要】
1.一种偏振状态检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：扩束器、波片及波片固定结构、光阑阵列结构、偏振分束棱镜和两个四象限光电探测器；其中，光束经过扩束器，再依次通过装有波片的波片固定结构以及光阑阵列，经由偏振分束棱镜分束后分别被垂直分布于两个方向上的四象限光电探测器所探测。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述扩束器包括：凹透镜和凸透镜；优选地，所述扩束器放大后的光斑大小与所述四象限探测器尺寸匹配。3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述波片固定结构与光束垂直放置；优选地，所述波片固定结构具有4个圆形开孔，所述圆形开孔呈2×2的矩阵排布。4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述四个圆形开孔中，与光束垂直方向下方两个开孔不放置光学元件，与光束垂直方向上方两个开孔分别放置四分之一波片和二分之一波片；优选地，所述四分之一波片的快轴方向与光束成45度角，所述二分之一波片的快轴方向与光束成22.5度角。5.根据权利要求3或4所述的检测装置，其特征在于，所述光阑阵列结构的光阑排布与所述波片固定结...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗俊杰，王如泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
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