一种穆勒矩阵超快测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种穆勒矩阵测量装置及方法，具体涉及一种针对动态目标的穆勒矩阵超快测量装置及方法，用于解决现有方法无法实现多路入射光以相同的角度超高频依次入射，同时在特定的散射角度依次收集并测量对应散射光，进而实现穆勒矩阵超快测量的技术问题。该穆勒矩阵超快测量装置包括计算机终端、脉冲激光器、沿脉冲激光器光路依次设置的脉冲形状调制器、光纤耦合器、光纤组、光纤准直器、偏振调制器和第一透镜，以及沿所收集待测目标散射光的光路依次设置的第二透镜、空间滤波器、第三透镜和检偏器。同时，本发明专利技术还提供一种穆勒矩阵超快测量方法。量方法。量方法。

【技术实现步骤摘要】
一种穆勒矩阵超快测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种穆勒矩阵测量装置及方法，具体涉及一种针对动态目标的穆勒矩阵超快测量装置及方法。

技术介绍

[0002]当一束入射光照射到待测物体上时，会发生散射，入射光的斯托克斯矢量S
in
会经过线性变换得到一个新的矢量S
out
，这个线性变换的过程可以用乘以4
×
4的矩阵表示，该矩阵即为穆勒矩阵M，其过程如下式所示：
[0003]S
out
＝M
×
S
in
[0004]穆勒矩阵M包括16个矩阵元，要求解穆勒矩阵M需要至少4组相互独立的S
in
和S
out
，因此实验中需要至少4种偏振状态不同且相互独立的入射光照射在同一待测物体上，同时在某个特定角度对应测量4次相应散射光的偏振状态，从而求解穆勒矩阵。
[0005]现有穆勒矩阵测量方法包括时间调制和频率调制两种。其中，时间调制是最常见的测量方法，该方法通过时序控制，调节起偏装置和检偏装置至少各4次，测量入射光和对应散射光的偏振状态，从而求解被测物体的穆勒矩阵，但时间调制耗费时间长，无法应用于动态过程的测量，同时系统中存在的运动部件增加了误差产生的概率；频率调制是将被测的16个矩阵元加载到37个光谱通道，随后通过通道滤波和傅里叶变换可得被测样品的穆勒矩阵，这种方法有可能会出现通道串扰从而影响测量准确度，并且复原后穆勒矩阵的光谱分辨率变小，适用范围有限。由于穆勒矩阵与入射角度、测量角度、入射波长等因素有关，要准确测量动态目标的穆勒矩阵，最直接的办法是多路入射光以相同的角度超高频依次入射，同时在特定的散射角度依次收集并测量对应的散射光，而现有方法大多难以实现。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有方法无法实现多路入射光以相同的角度超高频依次入射，同时在特定的散射角度依次收集并测量对应散射光，进而实现穆勒矩阵超快测量的技术问题，而提供一种穆勒矩阵超快测量装置及方法。
[0007]为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术提供了如下技术解决方案：
[0008]一种穆勒矩阵超快测量装置，其特殊之处在于：包括计算机终端、脉冲激光器、沿脉冲激光器光路依次设置的脉冲形状调制器、光纤耦合器、光纤组、光纤准直器、偏振调制器和第一透镜，以及沿所收集待测目标散射光的光路依次设置的第二透镜、空间滤波器、第三透镜和检偏器；
[0009]所述脉冲激光器发出单束激光脉冲；
[0010]所述脉冲形状调制器对脉冲激光器所发出单束激光脉冲的形状进行调制，其包括沿光路依次设置的相位延迟器、第一格兰泰勒棱镜、第一电光晶体和第二格兰泰勒棱镜；所述第二格兰泰勒棱镜的偏振通光方向与第一格兰泰勒棱镜的偏振通光方向互相垂直；
[0011]所述光纤耦合器将激光脉冲耦合进光纤组；
[0012]所述光纤组用于将单束激光脉冲从时间维度上分成多束子激光脉冲，其包括沿光路依次设置连接的入射段、分束单元、传输段、合束单元和出射段；所述传输段包括至少四根光纤，传输段光纤的长度依次递增预设长度差，预设长度差范围为1m～200m；所述光纤组光纤均为多模光纤；
[0013]所述光纤准直器用于各子激光脉冲，使其由发散光变为平行光；
[0014]所述偏振调制器利用电光效应对每个子激光脉冲的偏振状态进行超快调制，使各子激光脉冲的偏振状态互不相同且相互独立；偏振调制器包含沿光路依次设置的第三格兰泰勒棱镜、第二电光晶体和第三电光晶体；
[0015]所述第一透镜用于将偏振调制后的各子激光脉冲进行汇聚照射到待测目标上，产生散射光；
[0016]所述第二透镜用来从0
°‑
180
°
范围内任一角度收集待测目标的散射光并形成像点；
[0017]所述空间滤波器用于对像点进行空间滤波，进而空间限制待测目标的点位以使测量更准确；
[0018]所述第三透镜用来将通过空间滤波器后的发散光变成平行光，
[0019]所述检偏器用于收集散射光，并实现散射光偏振状态的同时性检出，检偏器包括两个正交的线偏振检偏通道、一个圆偏振检偏通道和一个中间角度的线偏振检偏通道；所述中间角度为0
°
～90
°
；
[0020]所述检偏器输出端与计算机终端连接，用于记录并处理所得信号，并计算得到待测目标的穆勒矩阵。
[0021]进一步地，所述第二电光晶体和第三电光晶体受到一定时序特定电压的超快施加后，对各子激光脉冲的偏振状态进行分别调制，使各子激光脉冲的偏振状态互不相同且相互独立。
[0022]进一步地，所述预设长度差范围为0.1m～1m，所述传输段光纤的长度≥0.1m。
[0023]进一步地，所述入射段和出射段采用大芯径光纤，所述传输段采用小芯径光纤。
[0024]进一步地，所述相位延迟器采用四分之一波片或二分之一波片。
[0025]进一步地，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜均为双凸透镜，并采用石英材质。
[0026]进一步地，所述分束单元和合束单元通过熔融拉锥工艺实现。
[0027]同时，本专利技术还提供一种穆勒矩阵超快测量方法，其特殊之处在于，采用一种穆勒矩阵超快测量装置，包括如下步骤：
[0028]步骤(1)、脉冲激光器发出单束激光脉冲；
[0029]步骤(2)、脉冲形状调制器对步骤(1)激光脉冲的形状进行调制，保留激光脉冲的中间部分，调节激光脉冲的长度，使其能量更为集中；
[0030]步骤(3)、经过形状调制后的激光脉冲经光纤耦合器耦合进光纤组；
[0031]步骤(4)、进入光纤组后的激光脉冲经过分束单元从空间上分为多束子激光脉冲，多束子激光脉冲经过长度不同的传输段光纤，依次到达合束单元，实现空间维度分开向时间维度分开的演化，最终产生多个超高频依次发出的子激光脉冲；
[0032]步骤(5)、步骤(4)发出的子激光脉冲依次经过光纤准直器准直为平行光；
[0033]步骤(6)、准直后的子激光脉冲经过偏振调制器依次调制其偏振状态，使各子激光
脉冲的偏振状态彼此不同且相互独立；
[0034]步骤(7)、经过偏振调制后的子激光脉冲经过第一透镜汇聚后，依次照射到待测目标上，产生散射光；
[0035]步骤(8)、第二透镜从0～180
°
任一角度对散射光进行收集，形成像点；
[0036]步骤(9)、步骤(8)的像点经空间滤波器滤波，进一步限制待测目标的空间测量点位；
[0037]步骤(10)、经过空间滤波后的散射光经过第三透镜，由发散光变成平行光；
[0038]步骤(11)、步骤(10)的平行光进入检偏器，由各检偏通道同时检出其偏振状态，并传输至计算机终端；
[0039]步骤(12)、计算机终端计算出散射光的斯托克斯矢量，结合入射光的斯托克斯矢量，计算得到待测目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穆勒矩阵超快测量装置，其特征在于：包括计算机终端(12)、脉冲激光器(1)、沿脉冲激光器(1)光路依次设置的脉冲形状调制器(2)、光纤耦合器(3)、光纤组(4)、光纤准直器(5)、偏振调制器(6)和第一透镜(7)，以及沿所收集待测目标(0)散射光的光路依次设置的第二透镜(8)、空间滤波器(9)、第三透镜(10)和检偏器(11)；所述脉冲激光器(1)发出单束激光脉冲；所述脉冲形状调制器(2)对脉冲激光器(1)所发出单束激光脉冲的形状进行调制，其包括沿光路依次设置的相位延迟器(21)、第一格兰泰勒棱镜(22)、第一电光晶体(23)和第二格兰泰勒棱镜(24)；所述第二格兰泰勒棱镜(24)的偏振通光方向与第一格兰泰勒棱镜(22)的偏振通光方向互相垂直；所述光纤耦合器(3)将经过形状调制后的激光脉冲耦合进光纤组(4)；所述光纤组(4)用于将单束激光脉冲从时间维度上分成多束子激光脉冲，其包括沿光路依次设置连接的入射段(41)、分束单元(42)、传输段(43)、合束单元(44)和出射段(45)；所述传输段(43)包括至少四根光纤，传输段(43)光纤的长度依次递增预设长度差，预设长度差范围为1m～200m；所述光纤组(4)光纤均为多模光纤；所述光纤准直器(5)用于各子激光脉冲，使其由发散光变为平行光；所述偏振调制器(6)利用电光效应对各子激光脉冲的偏振状态进行超快调制，使各子激光脉冲的偏振状态互不相同且相互独立；偏振调制器(6)包含沿光路依次设置的第三格兰泰勒棱镜(61)、第二电光晶体(62)和第三电光晶体(63)；所述第一透镜(7)用于将偏振调制后的各子激光脉冲进行汇聚照射到待测目标(0)上，产生散射光；所述第二透镜(8)用来从0
°
～180
°
范围内任一角度收集待测目标(0)的散射光并形成像点；所述空间滤波器(9)用于对像点进行空间滤波，进而空间限制待测目标(0)的点位以使测量更准确；所述第三透镜(10)用来将通过空间滤波器(9)后的发散光变成平行光，所述检偏器(11)用于收集散射光，并实现散射光偏振状态的同时性检出，检偏器(11)包括两个正交的线偏振检偏通道、一个圆偏振检偏通道和一个中间角度的线偏振检偏通道；所述检偏器(11)输出端与计算机终端(12)连接，用于记录并处理所得信号，并计算得到待测目标(0)的穆勒矩阵。2.根据权利要求1所述的一种穆勒矩阵超快测量装置，其特征在于：所述第二电光晶体(62)和第三电光晶体(63)受到一定时序特定电压的超快施加后，对各子激光脉冲的偏振状态进行分别调制，使各子激光脉冲的偏振状态互不相同且相互独立。3.根据权利要求2所述的一种穆勒矩阵超快测量装置，其特征在于：所述预设长度差范围为0.1m～1m，所述传输段(43...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振杰，刘彦鹏，张振荣，赵学庆，叶景峰，陶蒙蒙，邵珺，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：