本发明专利技术属于偏振态分析精确修正方法技术领域，具体涉及一种双PEM偏振态分析精确修正装置及方法，包括被测光、第一弹光调制器、第二弹光调制器、检偏器、探测器、弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路和计算机，所述被测光的光路方向上依次设置有第一弹光调制器、第二弹光调制器、检偏器和探测器，所述第一弹光调制器、第二弹光调制器和探测器电性连接在弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路上，所述弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路电性连接在计算机上。本发明专利技术通过两个弹光调制器，结合锁相放大获得多个不同差频及倍频信号，结合理论计算获得两个弹光调制器自身影响和环境影响导致静态相位延迟和调制相位幅值不稳定的修正。静态相位延迟和调制相位幅值不稳定的修正。静态相位延迟和调制相位幅值不稳定的修正。
【技术实现步骤摘要】
一种双PEM偏振态分析精确修正装置及方法
[0001]本专利技术属于偏振态分析精确修正方法
，具体涉及一种双PEM偏振态分析精确修正装置及方法。
技术介绍
[0002]Stokes参量已经被广泛应用于矢量光束的偏振太变化的研究，且可描述光束所有的偏振态和光强度，因此只要测量出全部4个元素的Stokes参量，即可确定不同光束的偏振态分析。测量Stokes参量的方法分为两类：一类是分振幅法，用4个光电探测器同一时刻探测分成4束的待测光，完成对各个Stokes参量的测量；另一类是偏振光调制法，即在调制光路中加入相位延迟器和起偏器，只要使得它们绕光轴作多角度的转动，不同角度调制结果不同，可以满足大部分偏振光的测量。
[0003]弹光调制器就是一种运行在谐振频率状态下的偏振调制器件，弹光调制器(Photoelastic modulator,PEM)是一种基于光学双折射晶体材料弹光效应的高速相位调制器件，由于具有无机械振动影响、入射角较大、调制频率高、损耗小、波段范围宽(可从真空紫外到远红外)等优点，对光学偏振太分析、生物物理、物理化学等领域都产生了积极的推动作用。而传统的弹光调制偏振测量的方法是基于弹光调制的低频测量，不适用于高速偏振态测量分析，为此王志斌课题组提出双弹光偏振分析方法“弹光调制偏振Stokes参量测量及误差分析[J].激光技术,2014,38(2):5”，可以用于高速偏振测量，且无需转动实验装置。但由于弹光调制器长期工作由于环境温度和残余应力双折射的影响，导致弹光调制相位延迟幅值无法长时间精确修正，进而导致偏振测量精度下降。
技术实现思路
[0004]针对上述针对现有弹光调制偏振态分析中弹光调制相位延迟幅值无法长时间精确修正，进而导致偏振测量精度下降的技术问题，本专利技术提供了一种双PEM偏振态分析精确修正装置及方法，采用两弹光调制器结合锁相不同频率信号的全Stokes参量精确测量方法，实时获得两个弹光调整器的相位延迟幅值，实现双弹光调制器相位延迟幅值的实时跟踪，进而精确获得被测光的全Stokes参量四个元素。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种双PEM偏振态分析精确修正装置，包括被测光、第一弹光调制器、第二弹光调制器、检偏器、探测器、弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路和计算机，所述被测光的光路方向上依次设置有第一弹光调制器、第二弹光调制器、检偏器和探测器，所述第一弹光调制器、第二弹光调制器和探测器电性连接在弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路上，所述弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路电性连接在计算机上。
[0007]所述第一弹光调制器采用45
°
弹光调制器，所述第二弹光调制器采用0
°
弹光调制器，所述检偏器采用45
°
检偏器。
[0008]一种双PEM偏振态分析精确修正装置的修正方法，包括下列步骤：
[0009]S1、被测光依次通过第一弹光调制器、第二弹光调制器、检偏器、探测器构成测量光路；
[0010]S2、根据弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路提供的双PEM频率信号，数字锁相对探测器获得的调制信号进行锁相放大；
[0011]S3、通过计算机数据处理实时获得第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位延迟幅值，进而精确获得被测光的Stokes参量四个元素。
[0012]所述S3中通过计算机数据处理实时获得第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位延迟幅值的方法为：
[0013]S3.1、计算被测光的Stokes参量S
out
；
[0014]S3.2、求出弹光调制器、第二弹光调制器和检偏器对应的米勒矩阵；
[0015]S3.3、计算探测器探测光强的Bessel函数；
[0016]S3.4、计算第一弹光调制器和第二弹光调制器的任意时刻调制相位延迟幅值。
[0017]所述S3.1中被测光的Stokes参量S
in
经过整个测量光路调制后的Stokes参量S
out
为：
[0018]S
out
＝M
P
M
PEM2
M
PEM1
S
in
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]其中，S
in
＝[I
in
,Q
in
,U
in
,V
in
]T
,S
out
＝[I
out
,Q
out
,U
out
,V
out
]T
；
[0020]所述S3.1中第一弹光调制器、第二弹光调制器和检偏器对应的米勒矩阵分别为M
PEM1
、M
PEM2
和M
P
：
[0021][0022]其中，δ1＝δ
01
+δ
10
sin(2πf1t),δ2＝δ
02
+δ
20
sin(2πf2t)；
[0023]其中，δ1和δ2分别为第一弹光调制器和第二弹光调制器的调制相位，δ
01
和δ
02
分别为第一弹光调制器和第二弹光调制器的静态双折射或残余应力双折射相位延迟，δ
10
和δ
20
分别为第一弹光调制器和第二弹光调制器的调制相位延迟幅值，f1和f2分别为第一弹光调制器和第二弹光调制器的调制驱动频率；
[0024]所述S3.3中计算探测器探测光强的Bessel函数的方法为：
[0025]由于探测器只能获得Stokes参量S
out
中的I
out
，因此探测器探测光强的Bessel函数展开为：
[0026][0027]其中，m为奇数，n为偶数，J
x
(y)是对应y下的第x级Bessel函数。
[0028]所述S3.4中计算第一弹光调制器和第二弹光调制器的任意时刻调制相位延迟幅值的方法为：
[0029]根据探测器探测光强的Bessel函数展开公式，结合锁相放大可得不同频率信号幅值如下：
[0030][0031]其中，I
dc
、探测器经过锁相放大获得的频率分别为直流、nf2、mf2、n1f1±
n2f2、nf1±
mf2、mf1±
nf2、m1f1±
m2f2的信号幅值；
[0032]取几个特殊频率得：
[0033][0034]根据上式得第一弹光调制器和第二弹光调制器的任意时刻调制相位延迟幅值δ
10
和δ
20
：
[0035][0036]其中，为的反函数。
[0037]所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双PEM偏振态分析精确修正装置，其特征在于：包括被测光(1)、第一弹光调制器(2)、第二弹光调制器(3)、检偏器(4)、探测器(5)、弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路(6)和计算机(7)，所述被测光(1)的光路方向上依次设置有第一弹光调制器(2)、第二弹光调制器(3)、检偏器(4)和探测器(5)，所述第一弹光调制器(2)、第二弹光调制器(3)和探测器(5)电性连接在弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路(6)上，所述弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路(6)电性连接在计算机(7)上。2.根据权利要求1所述的一种双PEM偏振态分析精确修正装置，其特征在于：所述第一弹光调制器(2)采用45
°
弹光调制器，所述第二弹光调制器(3)采用0
°
弹光调制器，所述检偏器(4)采用45
°
检偏器。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的一种双PEM偏振态分析精确修正装置的修正方法，其特征在于：包括下列步骤：S1、被测光依次通过第一弹光调制器、第二弹光调制器、检偏器、探测器构成测量光路；S2、根据弹光驱动控制及多路数字锁相放大电路提供的双PEM频率信号，数字锁相对探测器获得的调制信号进行锁相放大；S3、通过计算机数据处理实时获得第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位延迟幅值，进而精确获得被测光的Stokes参量四个元素。4.根据权利要求3所述的一种双PEM偏振态分析精确修正装置的修正方法，其特征在于：所述S3中通过计算机数据处理实时获得第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位延迟幅值的方法为：S3.1、计算被测光的Stokes参量S
out
；S3.2、求出弹光调制器、第二弹光调制器和检偏器对应的米勒矩阵；S3.3、计算探测器探测光强的Bessel函数；S3.4、计算第一弹光调制器和第二弹光调制器的任意时刻调制相位延迟幅值。5.根据权利要求4所述的一种双PEM偏振态分析精确修正装置的修正方法，其特征在于：所述S3.1中被测光的Stokes参量S
in
经过整个测量光路调制后的Stokes参量S
out
为：S
out
＝M
P
M
PEM2
M
PEM1
S
in
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，S
in
＝[I
in
,Q
in
,U
in
,V
in
]
T
,S
out
＝[I
out
,Q
out
,U
out
,V
out
]
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，薛鹏，李克武，王志斌，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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