光束偏振態(tài)斯托克斯參量的實(shí)時(shí)測(cè)量.pdf

1、伴隨著信息時(shí)代的來臨，人們?cè)絹碓阶⒅貙?duì)信息載體的拓展。偏振作為光的本質(zhì)屬性之一，不僅其地位與光的其他主要屬性如振幅、頻率、位相是等同的，更重要的是它也可以作為信息調(diào)制的載體：物體發(fā)射或反射光束的偏振態(tài)攜帶有物體本身豐富的信息；使用偏振光與待測(cè)物體發(fā)生相互作用的過程就是將物體的信息加載到光束偏振態(tài)上的過程，對(duì)偏振態(tài)的測(cè)量和分析相當(dāng)于對(duì)加載信息的解調(diào)過程，由此可以獲取待測(cè)物體的信息。 描述光束偏振態(tài)最普遍最全面的方法，是用一組物理量

2、綱完全相同的參量——斯托克斯參量來描述的。而將描述器件性質(zhì)的米勒矩陣與斯托克斯參量相結(jié)合，能夠解決幾乎所有的偏振光傳播問題。 查閱文獻(xiàn)資料得知，目前國(guó)內(nèi)對(duì)斯托克斯參量的測(cè)量基本上還是停留在單光路測(cè)量，采集數(shù)據(jù)。其方法是使入射光束經(jīng)過一系列的光學(xué)元件，通過機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或連續(xù)的周期性調(diào)制改變?cè)顟B(tài)來改變光束的偏振態(tài)，先后四次測(cè)量光強(qiáng)，最后計(jì)算出斯托克斯參量的四個(gè)分量。這種測(cè)量的弊端在于費(fèi)時(shí)麻煩，不能測(cè)量出某個(gè)確定時(shí)刻光束的偏振態(tài)，因此

3、不能適用于脈沖激光及偏振態(tài)迅速變化的光束。而在光纖通信，尤其是相干光通信中，在環(huán)境比較惡劣的情況下，光纖中偏振態(tài)的變化速率小于10ms；在光纖傳感中，對(duì)實(shí)時(shí)性的要求也很高，要求在變化超出允許范圍時(shí)及時(shí)發(fā)出警告。所有這些都要求能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量光的偏振態(tài)，這也是我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)施光束斯托克斯參量實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的初衷。 我們搭建的系統(tǒng)在光路的設(shè)計(jì)中引入分振幅方法，將單光路拓展為四光路，由四個(gè)統(tǒng)一定標(biāo)的光電探測(cè)器來接收探測(cè)光強(qiáng)。我們?cè)谄骷倪x取、光

4、路的設(shè)計(jì)、程序的編制、誤差分析等方面做了一些具體的工作，研制出了一套集光、機(jī)、電、算一體化的斯托克斯參量測(cè)量系統(tǒng)。針對(duì)所做的主要工作，本論文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了論述： 第一章主要介紹了斯托克斯參量的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，指出對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的意義，并簡(jiǎn)要概括自己的工作重點(diǎn)。在第二章中，主要介紹了描述光束偏振態(tài)的幾種典型方法，以及它們之間的相互關(guān)系，突出強(qiáng)調(diào)了斯托克斯參量表示法的普遍性和通用性。 第三章側(cè)重系統(tǒng)的理論和原理的

5、推導(dǎo)，導(dǎo)出優(yōu)化系統(tǒng)的條件，并詳細(xì)介紹定標(biāo)過程中核心問題的處理方法，最后是設(shè)計(jì)出描述偏振態(tài)差異的數(shù)學(xué)方法。 第四章是描述系統(tǒng)的核心部件——偏振無關(guān)分束鏡的設(shè)計(jì)與制作，在第三章系統(tǒng)優(yōu)化理論的指導(dǎo)下，我們采用的方法是在分束鏡的入射端面鍍單層介質(zhì)薄膜，通過對(duì)膜層折射率和厚度的選取以及對(duì)棱鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使分束鏡對(duì)于參考波長(zhǎng)為λ的光束，以一定的入射角φ入射時(shí)，能夠?qū)τ诎瑓⒖疾ㄩL(zhǎng)在內(nèi)的一定帶寬實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的分束。 在第五章中我們首先