液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法及装置。该装置包括激光驱动白光光源、光纤、双胶合准直镜、光阑、滤光轮、线性偏振片、待标定LCVR、萨伐尔板、双胶合成像镜、探测器、旋转控制机构、温度控制器、液晶控制器。本发明专利技术能够实现不同温度时、不同波长下LCVR相位延迟量的定标，满足多类天文偏振观测对工作波长的要求；通过构建双光束光路及定标算法可有效消除由于定标光源强度起伏容易致定标数据存在较大误差的问题，提升了定标稳定性和定标精度；使用萨伐尔板形成的偏振态正交双光束入射到探测器焦面的角度相同，避免了双光束之间图像畸变以及像质随分束角增加而退化的不足，同时降低了数据处理难度。同时降低了数据处理难度。同时降低了数据处理难度。

【技术实现步骤摘要】
液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法及装置


[0001]本专利技术属于天文偏振探测
，特别涉及一种液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法及装置。

技术介绍

[0002]在天文学研究中，通过偏振测量能够获得天文目标光中的偏振信息，进而可用于深入研究和分析被观测目标的物理性质与重要特性参数。偏振探测在系外行星探测与刻画、太阳磁场测量、星周盘观测、耀变体监测等研究领域发挥着重要作用。
[0003]液晶可变相位延迟器(Liquid Crystal Variable Retarder，LCVR)作为一种电控型偏振元件，与传统晶体延迟器的最大区别在于LCVR的相位延迟量是可以变化的，通过改变施加在LCVR上的驱动电压能够使其相位延迟量根据研究需要而改变，这就使得针对不同波长开展精确偏振调制得以实现。此外，LCVR还具有工作时无需机械运动(静态调制)、响应速度快(ms量级)、低电压驱动(0～25V)等优势。由于LCVR电控产生的相位延迟量与其器件温度、工作波长和驱动电压都密切相关，因此，进行LCVR多波长定标从而得到不同温度时、不同波长下，不同驱动电压对应的相位延迟量数据至关重要，它是后续开展基于LCVR多波长偏振调制与偏振探测的重要前提。对于夜天文偏振探测，LCVR的温度可设置在15～20℃；对于太阳偏振探测，LCVR的温度可设置在42～45℃。
[0004]公开号为CN 108534993 A的中国专利公开了一种液晶可变相位延迟器偏振特性检测方法及系统。该专利技术所述的方法及系统基于一台穆勒矩阵椭偏仪，需要首先获得待检测LCVR的穆勒矩阵然后解算LCVR的相位延迟量，检测过程较复杂。并且LCVR没有温控装置，待检测LCVR的延迟特性会受温度变化影响。
[0005]公开号为CN 108303238 A的中国专利公开了一种液晶相位可变延迟器光谱相位延迟定标系统。该专利技术所述的系统采用单光束光路设计，计算的LCVR相位延迟量与定标探测时的最大光强相关，定标结果易受到定标光源强度起伏影响。并且系统中没有LCVR温控装置，待检测LCVR的延迟特性会受温度变化影响。

技术实现思路

[0006]为解决LCVR在不同温度时、不同波长下相位延迟量的高稳定和自动化定标问题，本专利技术提出一种用于天文偏振探测的液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法及装置。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：激光驱动白光光源通过光纤耦合输出后形成宽波段点光源，该点光源位于双胶合准直镜的焦点位置经准直后形成平行光，利用一块光阑限制入射光口径，然后经由前置滤光片滤除掉定标光中的紫外光(避免LCVR液晶被紫外辐射损伤)；
[0009]步骤2：在滤光轮上安装有不同波长的窄带滤光片，通过控制滤光轮旋转将其中一
块滤光片置于光路中进行定标波长选择，入射光穿过该滤光片；
[0010]步骤3：入射光依次经过线性偏振片、待标定LCVR、萨伐尔板，由萨伐尔板产生偏振态正交的双光束。其中，线性偏振片的透光轴方位角设置为θ、待标定LCVR的快轴方位角设置为θ+45
°
、萨伐尔板的两个透光轴方位角分别设置为θ和θ+90
°
，θ可为任意角度。
[0011]步骤4：双光束经双胶合成像镜后被探测器焦面接收。其中，接收光束1为萨伐尔板透光轴方位角为θ时对应的偏振光，接收光束2为萨伐尔板透光轴方位角为θ+90
°
时对应的偏振光；
[0012]进一步的，依据Mueller运算，光束1和光束2对应的Stokes矢量S
out,1
和S
out,2
分别写为：
[0013][0014]式中，M
Savart
是萨伐尔板的Mueller矩阵，θ和θ+90
°
是其两个透光轴方位角，M
LCVR
是待标定LCVR的Mueller矩阵，θ+45
°
是其快轴方位角，δ是其相位延迟量，λ
i
是第i块滤光片的波长，T
j
是LCVR的第j个温度，V
k
是LCVR的第k个驱动电压值，V
k
＝kΔV,k＝0,1,2,......，ΔV是电压步长，M
Polarizer
是线性偏振片的Mueller矩阵，θ是其透光轴方位角，S
in
是入射非偏振定标光的Stokes矢量：S
in
＝(I,Q,U,V)
T
＝I0(1,0,0,0)
T
。I表示总强度，Q和U分别表示两个线偏振分量，V表示圆偏振分量，T表示转置，I0是入射光强。
[0015]步骤5：设置并恒定待标定LCVR的温度，改变施加于待标定LCVR的驱动电压，从0V开始以一定电压步长逐渐增大，利用探测器同步记录每一个电压步长点时双光束的强度图像；
[0016]进一步的，探测器只对强度信号响应，计算得到探测器测量到的双光束强度分别是：
[0017][0018]式中，I1和I2分别是光束1和光束2的光强，I0是入射光强，δ是LCVR的相位延迟量，λ
i
是第i块滤光片的波长，T
j
是LCVR的第j个温度，V
k
是LCVR的第k个驱动电压值，V
k
＝kΔV,k＝0,1,2,......，ΔV是电压步长。
[0019]步骤6：联合双光束的强度数据组解算得到当前温度和定标波长下，待标定LCVR在不同驱动电压时对应的相位延迟量；
[0020]进一步的，经数值计算，联合探测器接收的双光束强度数据组解算待标定LCVR的相位延迟量为：
[0021][0022]式中，δ是LCVR的相位延迟量，λ
i
是第i块滤光片的波长，T
j
是LCVR的第j个温度，V
k
是LCVR的第k个驱动电压值，V
k
＝kΔV,k＝0,1,2,......，ΔV是电压步长，I1和I2分别是光束1和光束2的光强。
[0023]步骤7：控制滤光轮依次旋转至其他滤光片，重复步骤5～步骤6，进行不同温度时、不同波长下LCVR的相位延迟量定标。
[0024]为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标装置，包括以下部分：激光驱动白光光源、光纤、双胶合准直镜、光阑、前置滤光片、滤光轮、线性偏振片、待标定LCVR、萨伐尔板、双胶合成像镜、探测器、旋转控制机构、温度控制器、液晶控制器。其中：
[0025]使用滤光轮选择定标波长，使用线性偏振片对入射光起偏，使用萨伐尔板作为双光束检偏器，使用探测器接收双光束的强度图像，使用温度控制器设置并恒定待标定LCVR的温度，使用液晶控制器改变施加于待标定LCVR的驱动电压。
[0026]进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：激光驱动白光光源通过光纤耦合输出后形成宽波段点光源，该点光源位于双胶合准直镜的焦点位置经准直后形成平行光，利用光阑限制入射光口径；步骤2：在滤光轮上安装不同波长的窄带滤光片，通过控制滤光轮旋转将其中一块滤光片置于光路中进行定标波长选择，入射光穿过该滤光片；步骤3：入射光依次经过线性偏振片、待标定LCVR、萨伐尔板，由萨伐尔板产生偏振态正交的双光束；步骤4：双光束经双胶合成像镜后被探测器焦面接收；步骤5：设置并恒定待标定LCVR的温度，改变施加于待标定LCVR的驱动电压，从0V开始以预定电压步长逐渐增大，利用探测器同步记录每一个电压步长点时双光束的强度图像；步骤6：联合双光束的强度数据组解算得到当前温度和定标波长下，待标定LCVR在不同驱动电压时对应的相位延迟量；步骤7：控制滤光轮依次旋转至其他滤光片，重复步骤5～步骤6，进行不同温度时、不同波长下LCVR的相位延迟量定标。2.根据权利要求1所述的液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法，其特征在于，步骤1中，经光阑的出射光，经由前置滤光片滤除掉定标光中的紫外光。3.根据权利要求1所述的液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法，其特征在于，步骤3中，线性偏振片的透光轴方位角设置为θ、待标定LCVR的快轴方位角设置为θ+45
°
、萨伐尔板的两个透光轴方位角分别设置为θ和θ+90
°
，θ为任意角度；步骤4中，其中一接收光束为萨伐尔板透光轴方位角为θ时对应的偏振光，另一接收光束为萨伐尔板透光轴方位角为θ+90
°
时对应的偏振光。4.根据权利要求1所述的液晶可变相位延迟器的多波长双光束定标方法，其特征在于，步骤4中，两束光束对应的Stokes矢量S
out,1
和S
out,2
分别为：式中，M
Savart
是萨伐尔板的Mueller矩阵，θ和θ+90
°
是其两个透光轴方位角，M
LCVR
是待标定LCVR的Mueller矩阵，θ+45
°
是其快轴方位角，δ是其相位延迟量，λ
i
是第i块滤光片的波长，T
j
是LCVR的第j个温度，V
k
是LCVR的第k个驱动电压值，V
k
＝kΔV,k＝0,1,2,......，ΔV是电压步长，M
Polarizer
是线性偏振片的Mueller矩阵，θ是其透光轴方位角，S
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晶，窦江培，朱永田，张熙，赵刚，许明明，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：