專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光束偏振光譜特性檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)特性檢測(cè)方法，特別是一種光束偏振光譜特性檢測(cè)方法。主要用于光與物質(zhì)相互作用、光譜分析、光學(xué)測(cè)量、光學(xué)儀器評(píng)估等領(lǐng)域中的光束特性檢測(cè)。
背景技術(shù)：
對(duì)光束光學(xué)特性檢測(cè)的需求廣泛存在于光與物質(zhì)相互作用、光學(xué)顯微、光譜分析、 光學(xué)測(cè)量、光學(xué)儀器評(píng)估等領(lǐng)域中。在光與物質(zhì)相互作用領(lǐng)域中，光束經(jīng)過(guò)物質(zhì)散射后，在不同方向上的散射光的偏振態(tài)和光譜特性不同，通過(guò)檢測(cè)散射光的偏振態(tài)分布和光譜特性，可以對(duì)物質(zhì)本身性質(zhì)進(jìn)行研究分析。在光學(xué)顯微領(lǐng)域中，偏光顯微鏡則利用了光束偏振特性對(duì)被觀(guān)察對(duì)象進(jìn)行顯微成像。在先技術(shù)中，存在對(duì)光學(xué)偏振光譜特性進(jìn)行檢測(cè)的方法，檢索光束偏振特性通常采用檢偏器，被檢測(cè)光束通過(guò)檢偏器時(shí)，只有偏振方向與檢偏器偏振通過(guò)方向相同的光能量才能通過(guò)，這種方法雖然具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但是存在本質(zhì)不足，這種方法本質(zhì)上無(wú)法檢測(cè)光束橫向偏振態(tài)分布，因此無(wú)法檢測(cè)與偏振分布特性相關(guān)的光與物質(zhì)相互作用、光譜分析、 光學(xué)測(cè)量、光學(xué)儀器評(píng)估等領(lǐng)域中的光學(xué)性質(zhì)和系統(tǒng)性能參量。在先技術(shù)中，測(cè)量光束光譜特性有光譜儀，參見(jiàn)發(fā)明專(zhuān)利集成化微型光譜儀，專(zhuān)利號(hào)為ZL02119512. 9，該發(fā)明具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在本質(zhì)不足，系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)定位要求高；系統(tǒng)光譜分析精度受到光柵參量和光電傳感器參數(shù)的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高靈敏度光譜測(cè)量；并且本質(zhì)上無(wú)法檢測(cè)光束的偏振特性信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)的不足，提供一種檢測(cè)光束偏振光譜特性的方法，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)定位要求低，可分析光束橫向偏振態(tài)分布，并且同步實(shí)現(xiàn)高靈敏度光譜測(cè)量等功能。本發(fā)明的基本構(gòu)思是利用柔性偏光膜制成圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件，兩平面均鍍有高反射膜的平板電光晶體兩側(cè)設(shè)置有平行透明電極板，平行透明電極板與可調(diào)電源相連接，構(gòu)成微腔式譜線(xiàn)掃描元件；入射光束依次經(jīng)過(guò)圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件、微腔式譜線(xiàn)掃描元件、光束會(huì)聚元件和面陣光電探測(cè)器，面陣光電探測(cè)器采集到含有光譜信息和偏振分布的光斑，進(jìn)而得到了光束偏振光譜特性。此方法簡(jiǎn)單靈活、結(jié)構(gòu)定位要求低、同步實(shí)現(xiàn)高精度光譜測(cè)量和光束橫向偏振態(tài)分布分析、系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性高，可操作性強(qiáng)。本發(fā)明方法的具體步驟如下
步驟(1)將柔性偏光膜修剪成扇形，扇形的發(fā)散角大于η/4弧度，并且小于7 π/4弧度，扇形圓弧的長(zhǎng)度除以2 π后的商值大于被測(cè)光束的半徑，將扇形柔性偏光膜兩個(gè)徑向邊界膠合在一起，形成圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件。步驟(2)平板電光晶體的兩個(gè)平行平面上鍍有高反射膜，每個(gè)高反射膜的反射率大于70% ；平板電光晶體光束入射和出射端分別入設(shè)置有射透明電極板和出射透明電極板，入射透明電極板和出射透明電極板分別與可調(diào)電源的正負(fù)極相連接，由鍍有高反射膜的平板電光晶體、入射透明電極板、出射透明電極板和可調(diào)電源就構(gòu)成了微腔式譜線(xiàn)掃描元件。步驟( 入射被檢測(cè)光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件設(shè)置在擴(kuò)束鏡光束出射一側(cè)的光路上，圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸與入射光束的光軸重合，光束經(jīng)過(guò)圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件時(shí)，每個(gè)接觸點(diǎn)區(qū)域均存在一個(gè)偏振透過(guò)方向，并且光束橫截面上偏振透過(guò)方向均非均勻分布。步驟(4)在圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件的光束出射一側(cè)的光路上依次設(shè)置有入射透明電極板、平板電光晶體、出射透明電極板、光束會(huì)聚元件和面陣光電探測(cè)器，入射光束光軸與平板電光晶體兩個(gè)平面相垂直，面陣光電探測(cè)器的光電傳感面與入射光束光軸相互垂直，并且偏離光束會(huì)聚元件的焦平面設(shè)置。步驟( 通過(guò)可調(diào)電源調(diào)節(jié)加在入射透明電極板和出射透明電極板上的電壓值， 改變作用在平板電光晶體區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)譜線(xiàn)的掃描。步驟(6)面陣光電探測(cè)器在譜線(xiàn)掃描過(guò)程中，采集含有光譜信息和偏振分布的光斑光強(qiáng)分布；光斑的橫向光強(qiáng)分布為與采集時(shí)刻的透明譜線(xiàn)光頻率相對(duì)應(yīng)的光束偏振分布特性，光斑光強(qiáng)演化過(guò)程為入射光束的光譜信息，從而，實(shí)現(xiàn)了被檢測(cè)光束的偏振光譜特性的檢測(cè)。本發(fā)明中圓弧形柔性偏光膜兩個(gè)徑向邊界膠合技術(shù)、可調(diào)電源使用技術(shù)、面陣光電探測(cè)器光斑采集和處理技術(shù)均為成熟技術(shù)。本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于運(yùn)用光束偏振分布檢測(cè)技術(shù)和微腔式譜線(xiàn)掃描技術(shù)給出一種方法簡(jiǎn)單靈活、結(jié)構(gòu)定位要求低、同步實(shí)現(xiàn)高靈敏度光譜測(cè)量和光束橫向偏振態(tài)分布分析的光束偏振光譜特性檢測(cè)方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1)本發(fā)明可以同步檢測(cè)光束偏振特性和光譜特性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的偏振特性和光譜特性需要分別檢測(cè)，并且，需要不同檢測(cè)系統(tǒng)和方法的本質(zhì)不足，可以給出光束偏振光譜特性；
2)本發(fā)明基于柔性偏光膜制成圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件，進(jìn)行光束偏振分布檢測(cè)， 基于電光晶體構(gòu)成的微腔式譜線(xiàn)掃描元件進(jìn)行光譜掃描，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單靈活，結(jié)構(gòu)定位要求低，系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性高，可操作性強(qiáng)；
3)本發(fā)明采用基于電光晶體構(gòu)成的微腔式譜線(xiàn)掃描元件進(jìn)行光譜掃描，具有透射譜線(xiàn)窄、光譜選擇性好、光譜檢測(cè)精度高等特性，可實(shí)現(xiàn)高精度光譜測(cè)量和光束橫向偏振態(tài)分布分析。


圖1為本發(fā)明中所使用的偏振膜修剪成扇形形狀示意圖。圖2為本發(fā)明中的圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件透明偏振態(tài)分布圖。圖3為本發(fā)明的光束偏振光譜特性檢測(cè)方法構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。在先技術(shù)中檢測(cè)光束偏振特性通常采用檢偏器，這種方法本質(zhì)上無(wú)法檢測(cè)光束橫向偏振態(tài)分布；測(cè)量光束光譜特性用光譜儀，存在系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)定位要求高，系統(tǒng)光譜分析精度受到光柵參量和光電傳感器參數(shù)的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高靈敏度光譜測(cè)量，本質(zhì)上無(wú)法檢測(cè)光束的偏振特性信息等不足。本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)的不足，提供一種檢測(cè)光束偏振光譜特性的方法，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)定位要求低，可分析光束橫向偏振態(tài)分布， 并且同步實(shí)現(xiàn)高靈敏度光譜測(cè)量等功能。具體制作步驟如下
步驟(1)將柔性偏光膜修剪成扇形，扇形的發(fā)散角大于η/4弧度，并且小于7 π/4弧度，扇形圓弧的長(zhǎng)度除以2 π后的商值大于被測(cè)光束的半徑，將扇形柔性偏光膜兩個(gè)徑向邊界膠合在一起，形成圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件2。本實(shí)施例中，扇形的發(fā)散角為π弧度，扇形圓弧的長(zhǎng)度為200厘米，被測(cè)光束的半徑為5厘米，柔性偏光膜采用偏光聚乙烯醇薄膜，圖1為本發(fā)明中所使用的偏振膜修剪成扇形形狀示意圖，圖中點(diǎn)劃線(xiàn)為柔性偏光膜透明偏振方向，0為中心點(diǎn)。扇形柔性偏光膜兩個(gè)徑向邊界利用透明膠進(jìn)行膠合，將圖1中 OA和OE兩個(gè)半徑邊界膠合，制成圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件2。步驟⑵如圖3所示，平板電光晶體8的兩個(gè)平行平面上鍍有高反射膜，每個(gè)高反射膜的反射率大于70% ；平板電光晶體8光束入射和出射端分別設(shè)置有入射透明電極板3 和出射透明電極板5，入射透明電極板3和出射透明電極板5分別與可調(diào)電源4的正負(fù)極相連接，由鍍有高反射膜的平板電光晶體8、入射透明電極板3、出射透明電極板5和可調(diào)電源 4就構(gòu)成了微腔式譜線(xiàn)掃描元件。本實(shí)施例中，平板電光晶體8采用鈮酸鋰電光晶體，平板厚度為5毫米，平板電光晶體8兩個(gè)平行平面上鍍有多層介質(zhì)高反射膜，反射率為92%，入射端平行透明電極板3和出射端射端平行透明電極板5均為導(dǎo)電玻璃。步驟( 入射被檢測(cè)光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡1進(jìn)行擴(kuò)束，圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件2 設(shè)置在擴(kuò)束鏡光束出射一側(cè)的光路上，圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件2的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸與入射光束的光軸重合，光束經(jīng)過(guò)圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件2時(shí)，每個(gè)接觸點(diǎn)區(qū)域均存在一個(gè)偏振透過(guò)方向，并且光束橫截面上偏振透過(guò)方向均非均勻分布，圖2為本發(fā)明中的圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件透明偏振態(tài)分布圖。步驟(4)在圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件2的光束出射一側(cè)的光路上依次設(shè)置有入射透明電極板3、平板電光晶體8、出射透明電極板5、光束會(huì)聚元件6和面陣光電探測(cè)器7， 入射光束光軸與平板電光晶體8兩個(gè)平面相垂直，面陣光電探測(cè)器7的光電傳感面與入射光束光軸相互垂直，并且偏離光束會(huì)聚元件6的焦平面設(shè)置。光束會(huì)聚元件6可以為單透鏡、透鏡組、菲涅爾透鏡、透鏡陣列的一種，本實(shí)施例中采用光束會(huì)聚元件6單透鏡，焦距為 20厘米。面陣光電探測(cè)器7可以為電荷耦合器件(簡(jiǎn)稱(chēng)CCD)面陣光電探測(cè)器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(簡(jiǎn)稱(chēng)CMOS)面陣光電探測(cè)器的一種，本實(shí)施例采用電荷耦合器件面陣光電探測(cè)器。步驟( 通過(guò)可調(diào)電源4調(diào)節(jié)加在入射透明電極板3和出射透明電極板5上的電壓值，改變作用在平板電光晶體8區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)譜線(xiàn)的掃描。步驟(6)面陣光電探測(cè)器7在譜線(xiàn)掃描過(guò)程中，采集含有光譜信息和偏振分布的光斑光強(qiáng)分布；光斑的橫向光強(qiáng)分布為與采集時(shí)刻的透明譜線(xiàn)光頻率相對(duì)應(yīng)的光束偏振分布特性，光斑光強(qiáng)演化過(guò)程為入射光束的光譜信息，從而，實(shí)現(xiàn)了被檢測(cè)光束的偏振光譜特性的檢測(cè)。 本實(shí)施例成功完成了光束偏振光譜特性的檢測(cè)，與在先技術(shù)進(jìn)行了比較，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的偏振特性和光譜特性需要分別檢測(cè)、需要不同檢測(cè)系統(tǒng)和方法的本質(zhì)不足，可以同步檢測(cè)光束偏振特性和光譜特性。本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單靈活、結(jié)構(gòu)定位要求低、系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性高、可操作性強(qiáng)光譜選擇性好、光譜檢測(cè)精度高等特性，實(shí)現(xiàn)了高精度光束偏振光譜特性的檢測(cè)。
權(quán)利要求
1. 一種光束偏振光譜特性檢測(cè)方法，其特征在于該方法的具體步驟如下 步驟(1)將柔性偏光膜修剪成扇形，扇形的發(fā)散角大于η/4弧度，并且小于7 π/4弧度，扇形圓弧的長(zhǎng)度除以2 π后的商值大于被測(cè)光束的半徑，將扇形柔性偏光膜兩個(gè)徑向邊界膠合在一起，形成圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件；步驟(2)平板電光晶體的兩個(gè)平行平面上鍍有高反射膜，每個(gè)高反射膜的反射率大于 70% ；平板電光晶體光束入射和出射端分別設(shè)置有入射透明電極板和出射透明電極板，入射透明電極板和出射透明電極板分別與可調(diào)電源的正負(fù)極相連接，由鍍有高反射膜的平板電光晶體、入射透明電極板、出射透明電極板和可調(diào)電源就構(gòu)成了微腔式譜線(xiàn)掃描元件；步驟( 入射被檢測(cè)光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件設(shè)置在擴(kuò)束鏡光束出射一側(cè)的光路上，圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸與入射光束的光軸重合，光束經(jīng)過(guò)圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件時(shí)，每個(gè)接觸點(diǎn)區(qū)域均存在一個(gè)偏振透過(guò)方向， 并且光束橫截面上偏振透過(guò)方向均非均勻分布；步驟(4)在圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件的光束出射一側(cè)的光路上依次設(shè)置有入射透明電極板、平板電光晶體、出射透明電極板、光束會(huì)聚元件和面陣光電探測(cè)器，入射光束光軸與平板電光晶體兩個(gè)平面相垂直，面陣光電探測(cè)器的光電傳感面與入射光束光軸相互垂直，并且偏離光束會(huì)聚元件的焦平面設(shè)置；步驟( 通過(guò)可調(diào)電源調(diào)節(jié)加在入射透明電極板和出射透明電極板上的電壓值，改變作用在平板電光晶體區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)譜線(xiàn)的掃描；步驟(6)面陣光電探測(cè)器在譜線(xiàn)掃描過(guò)程中，采集含有光譜信息和偏振分布的光斑光強(qiáng)分布；光斑的橫向光強(qiáng)分布為與采集時(shí)刻的透明譜線(xiàn)光頻率相對(duì)應(yīng)的光束偏振分布特性，光斑光強(qiáng)演化過(guò)程為入射光束的光譜信息，從而，實(shí)現(xiàn)了被檢測(cè)光束的偏振光譜特性的檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光束偏振光譜特性檢測(cè)方法。現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜、光譜測(cè)量靈敏度低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)光束偏振態(tài)分布檢測(cè)，以及偏振和光譜特性同時(shí)檢測(cè)。本發(fā)明利用柔性偏光膜制成圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件，兩平面均鍍有高反射膜的平板電光晶體兩側(cè)設(shè)置有平行透光電極板，平行透光電極板與可調(diào)電源相連接，構(gòu)成微腔式譜線(xiàn)掃描元件；入射光束依次經(jīng)過(guò)圓錐形光束偏振態(tài)檢測(cè)元件、微腔式譜線(xiàn)掃描元件、光束會(huì)聚元件和面陣光電探測(cè)器，面陣光電探測(cè)器采集到含有光譜信息和偏振分布的光斑，進(jìn)而得到了光束偏振光譜特性。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單靈活、結(jié)構(gòu)定位要求低、同步實(shí)現(xiàn)高精度光譜測(cè)量和光束橫向偏振態(tài)分布分析、系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性高，可操作性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01J3/447GK102261955SQ20111011169
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者胡松, 辛青, 高秀敏 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)