[发明专利]基于可旋转波片的Mueller矩阵测试装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于可旋转波片的Mueller矩阵测试装置和方法,它是一种在光纤系统中,采用由可旋转波片构成的偏振发生器与偏振分析仪相结合，实现光学器件的Mueller矩阵的测试装置和方法。

背景技术

光通信、传感、测量系统中，各种光子器件、子系统的偏振转换特性、都直接影响系统的工作性能，因此检测各种光学系统中任意部分系统或器件的偏振转换特性是实现高性能光通信、光传感及测量系统的关键之一。

此外在材料科学领域的研究和制造过程中，大多数的通光材料的偏振特性会伴随材料的生长周期、浓度以及外界环境条件，如温度、应力、湿度等因素的变化而变化，因此实时准确地检测材料的偏振转化特性在材料研制、生产以及传感测量等领域，具有重要的意义。 

光子材料或器件的偏振转换特性的一般表达可以用Mueller矩阵来描述其偏振转换特性。

一般的偏振仪分为两种，一种是Stokes偏振分析仪，主要用于测量光偏振态的Stokes 参数,描述的是光本身的偏振性质；另一种是针对Mueller矩阵的测量，也称为偏光仪。Mueller矩阵为4x4矩阵, 描述的是光学器件或材料的光学偏振效应和特性。器件的偏振特性分为三方面的偏振光学效应：一是基于器件散射效应的退偏效应；二是与偏振相关的损耗或增益效应；三是包括圆双折射和线双折射效应的双折射效应。所有这些效应可通过Mueller矩阵来描述。 因此研究和测量器件或通光材料的Mueller矩阵是光学偏振研究的一个重要部分。最近关于Mueller矩阵参数的测试已广泛地应用于生物组织的分析、气雾测量以及各种光学材料的性能分析等，参见下述文献：

1.Geminino Martinez-Ponce, Cristina Solano，Carlos Perez_Barrios，“Hybrid complete Mueller polarimeter based on phase modulators,” Optics and Lasers in Engineering, 49, 723-728, 2011。

2.Jacques SL，Raman JC，Lee K，“Image skin pathology with polarized light, Journal of Biomedical Optics,7(3),329-340,2002。

3. Rieppo J, Hallikainen J, et al, “Practical considerations in the use of polarized light microscopy in the analysis of the collagen network in articular cartilage,” Microscope Research nd Technique 71(4), 279-287, 2008。

4.Wallenburg M.A., et al, “Polarimetry based method to extract geometry-independent metics of tissue anisotropy,” Optics Letters, 35(15), 2570-2572, 2010。

关于器件的Mueller矩阵的测量的方法基本结构是偏振发生-被测物质-偏振分析结构。而偏振发生和偏振分析的构成则分别可以是起偏器和可旋转波片的组合、起偏器和光弹性调制器组合以及近几年才进入使用的液晶可调相位延迟器，参见下述文献：

5.D.H. Goldstein, “Mueller matrix dual-rotating retarder polarimeter,” Applied Optics, 31(31),1992。

6.Chi Chen, et al, “Multichannel Mueller matrix ellipsometer based on the dual rotating compensator principle,” Thin Solid Film,455-456, 14-23, 2004。

7.Chi Chen, et al, “The ultimate in real-time ellipsometry Multichannel Mueller matrix Spectroscope,” Applied Surface Science 253,38-46,2009。