一种高精度分振幅同时偏振成像系统的制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度分振幅同时偏振成像系统的制备方法，属于同时偏振成像技术领域。本发明专利技术首先通过分析分振幅同时偏振成像系统的偏振成像原理，得到系统测量矩阵关于所有关键光学参数的解析式，由系统关键光学参数的理论值和真实值可分别得到理论测量矩阵和实际测量矩阵；将Q·N·U种偏振态已知的斯托克斯矢量依次作为入射光，将斯托克斯矢量(或偏振度，或椭圆度角)的理论值与实际值的差值作为误差值，使所有斯托克斯矢量误差(偏振度误差、椭圆度角误差)绝对值的最大值均满足对应的系统精度指标，进而获得分振幅同时偏振成像系统光学参数的误差容限。分振幅同时偏振成像系统中关键参数误差对偏振测量精度有着不可忽略的影响，利用本发明专利技术可分析出分振幅同时偏振成像系统中所有关键光学参数的误差容限，可为分振幅同时偏振成像系统的研制提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度分振幅同时偏振成像系统的制备方法
本专利技术属于偏振成像
，具体涉及一种分振幅同时偏振成像系统的制备方法。
技术介绍
偏振是光的属性之一，光与物体作用时，光的偏振态会随之改变，通过偏振成像系统可测量光的偏振变化，进而表征物质的各种内在结构或粗糙度等固有属性，如图3所示为偏振测量的原理图。本专利技术涉及的偏振成像系统为分振幅同时偏振成像系统，该系统可分为四种类型，如图4所示为基础性，如图5所示为引申型1，如图6所示为引申型2，如图7所示为引申型3，本专利技术方法在四种类型的分振幅同时偏振成像系统中均适用。针对分振幅同时偏振成像系统的研制，在获取关键光学参数误差容限阶段，现有方法如文献《基于偏振分束组件的同时偏振探测精度分析》，该文章由李翠丽和孙晓兵等人在2014年发表于光学学报Vol.34.No.4。该方法通过理论计算与软件仿真模拟比对，在满足偏振测量精度为±2％的情况下，进行了以下分析：首先分析并建立了文中所研究的分振幅同时偏振成像系统的偏振分束组件的测量矩阵，其次，在只考虑部分偏振分束器的分束比误差的情况下，通过建立方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度分振幅同时偏振成像系统的制备方法，其特征在于包含以下步骤：/n(1)关键光学参数误差容限的计算：根据分振幅同时偏振成像系统原理、所需要达到的系统偏振测量精度、系统偏振度测量精度及系统椭圆度角测量精度，分析出分振幅同时偏振成像系统中各关键光学元器件对应的各关键光学参数的误差容限；(2)加工或装调系统：根据获取得到的各关键光学元器件对应的各关键光学参数的误差容限，加工或装调相应的关键光学元器件，从而得到满足系统偏振测量精度、系统偏振度测量精度及系统椭圆度角测量精度的高精度分振幅同时偏振成像系统；/n所述步骤(1)关键光学参数误差容限的计算操作如下：/n(1.1)分析获得分振幅同时偏振...

【技术特征摘要】
20200218 CN 20201010036801.一种高精度分振幅同时偏振成像系统的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)关键光学参数误差容限的计算：根据分振幅同时偏振成像系统原理、所需要达到的系统偏振测量精度、系统偏振度测量精度及系统椭圆度角测量精度，分析出分振幅同时偏振成像系统中各关键光学元器件对应的各关键光学参数的误差容限；(2)加工或装调系统：根据获取得到的各关键光学元器件对应的各关键光学参数的误差容限，加工或装调相应的关键光学元器件，从而得到满足系统偏振测量精度、系统偏振度测量精度及系统椭圆度角测量精度的高精度分振幅同时偏振成像系统；
所述步骤(1)关键光学参数误差容限的计算操作如下：
(1.1)分析获得分振幅同时偏振成像系统的测量矩阵、系统中所有关键光学参数以及所有关键光学参数的理论值；
通过分析分振幅同时偏振成像系统的偏振测量原理，可获得：分振幅同时偏振成像系统中对入射光起偏振调制作用的所有k个关键光学参数β1,β2,...,βk对应的理论设计值α1,α2,...,αk以及分振幅同时偏振成像系统的测量矩阵M(β1,β2,...,βk)，其中测量矩阵M(β1,β2,...,βk)为一个4行×4列的矩阵，并且测量矩阵M(β1,β2,...,βk)中所有元素均是以关键光学参数β1,β2,...,βk为变量的函数，α1,α2,...,αk为已知的常数；
(1.2)分析获得系统中各关键光学参数对应的误差，以及各关键光学参数的真实值和系统的实际测量矩阵；
在分振幅同时偏振成像系统加工或装调等过程中关键光学参数β1,β2,...,βk存在的由加工或装调等引起的误差依次为x1,x2,...,xk，在误差容限分析过程中，x1,x2,...,xk为未知变量；因此关键光学参数β1,β2,...,βk的真实值依次为由此可得分振幅同时偏振成像系统的实际测量矩阵为
(1.3)由步骤(1.1)中关键光学参数β1,β2,...,βk依次对应的理论设计值为可获得分振幅同时偏振成像系统的理论测量矩阵
(1.4)获取Q·N·U种偏振态已知的归一化的斯托克斯矢量
利用式(1)获取Q·N·U种偏振态已知的归一化的斯托克斯矢量其中斯托克斯矢量为4行×1列的向量，式(1)中Pq,χn,ψu分别为偏振度、椭圆度角和偏振角,式(1)中的QNU均为已知的正整数；



(1.5)获取各斯托克斯矢量对应的光强度矢量(包含各关键光学参数误差)；
将斯托克斯矢量依次作为入射光，经分振幅同时偏振成像系统调制后(即与系统的实际测量矩阵点乘)，由公式(2)可获得与步骤(1.4)中斯托克斯矢量依次对应的光强度矢量I(q,n,u)(x1,x1,...,xk)，其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；



(1.6)获取各斯托克斯矢量对应的估算光强度矢量(不包含各光学参数误差)；
对应入射光的光强度矢量I(q,n,u)(x1,x1,...,xk)结合理论测量矩阵Mt，由公式(3)可得到对应入射光的估算斯托克斯矢量其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；



(1.7)计算得到系统偏振测量精度precision_S(x1,x2,...,xk)；
由对应入射光的估算斯托克斯矢量及步骤(1.4)中的斯托克斯矢量可得到对应入射光的系统偏振测量误差矢量其中为4行×1列的向量；将系统偏振测量误差矢量的四个分量作为四个系统偏振测量误差值，其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；因此可得到4·Q·N·U个系统偏振测量误差值，进而得到系统偏振测量精度precision_S(x1,x2,...,xk)；
(1.8)计算得到入射光的估算偏振度；
由步骤(1.6)中对应入射光的估算斯托克斯矢量根据公式(4)，可计算出对应入射光的估算偏振度




分别为估算斯托克斯矢量的第一至第四分量，且q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；
(1.9)计算得到系统偏振度测量精度precision_P(x1,x2,...,xk)；
由对应入射光的估算偏振度及步骤4中的偏振度Pq，可得到对应入射光的偏振度测量误差值其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；因此可得到Q·N·U个系统偏振度测量误差值，进而得到系统偏振度测量精度precision_P(x1,x2,...,xk)；(1.10)计算得到系统椭圆度角测量精度precision_χ(x1,x2,...,xk)；
由计算得到的估算椭圆度角与传入的入射光的椭圆度角差值，可获得由Q·N·U个系统椭圆度角测量误差值绝对值组成的集合A(x1,x1,...,xk)，集合A(x1,x1,...,xk)如式(5)所示，并由集合A(x1,x1,...,xk)可得到系统椭圆度角测量精度precision_χ(x1,x2,...,xk)；



(1.11)由系统偏振测量精度设计指标得到包含系统光学参数误差的不等式组；
系统偏振测量精度设计指标为：系统偏振测量精度需优于w1，系统偏振度测量精度设计指标为：系统偏振度测量精度需优于w2，系统椭圆度角测量精度设计指标为：系统椭圆度角测量精度需优于w3，w1,w2,w3均为已知常量；由步骤(1.7)中的系统偏振测量精度precision_S(x1,x2,...,xk)需优于w1，且由步骤(1.9)中的系统偏振度测量精度precision_P(x1,x2,...,xk)需优于w2，且由步骤(1.10)中的系统椭圆度角测量精度precision_χ(x1,x2,...,xk)需优于w3，可得到如式(6)的包含系统光学参数误差的不等式组；



(1.12)获取各关键光学参数的误差容限；
根据步骤(1.11)中的不等式组，利用穷举法等算法及软件编程可计算出所有系统光...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷玉龙，朱华炳，杨昭辉，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34