[发明专利]基于四路分光模块的偏振光特性实时测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于四路分光模块的偏振光特性实时测量装置，它包括四路分光模块（2）、功率检测模块（3）和数据处理模块（4），其特征在于：

1）所述的四路分光模块（2）由第一分光棱镜（2-1）、第二分光棱镜（2-2）、第三分光棱镜（2-3）和0°偏振片（2-4）、90°偏振片（2-5）、45°偏振片（2-6）、-45°偏振片（2-7）组成；分光棱镜的反射率和透射率均为0.5，反射方向的相位延时小于0.1度；偏振片采用直线偏振片，安装偏振方位角精度0.1度；

2）所述的功率检测模块（3）是四路光功率计组成的经典光功率检测模块，或者是四路单光子探测器和计数器构成的单光子功率检测模块；功率检测模块可以分别在经典光量级或单光子量级下，同时检测四路光源的功率，检测速率0.5s,检测精度0.1%；

3）所述的数据处理模块（4）主要包含硬件和软件两个部分；硬件部分采用电脑或者具有浮点运算功能的可编程器件；软件部分是实时偏振测量软件，主要包括实时数据采集，实时偏振测量算法，数据保存和显示等功能；

测量装置各部件之间连接方式如下：

A）四路分光模块（2）与被测光源（1）采用空间耦合方式连接；被测光源（1）经第一分光棱镜（2-1）分为两路、一路经第二分光棱镜（2-2）分成两路光并分别入射至0°偏振片（2-4）和90°偏振片（2-5），另一路经第三分光棱镜（2-3）分成两路光并分别入射至45°偏振片（2-6）和-45°偏振片（2-7），由此被测光源被分为四路能量相同、偏振特性不变的光线；0°偏振片（2-4）、90°偏振片（2-5）、45°偏振片（2-6）和-45°偏振片（2-7）分别按照0°、90°、45°和-45°方位角安装好，偏振片的平面与四路分光光路方向垂直，偏振方位角安装精度达0.1度；

B）四路分光模块（2）输出的四路偏振光，经耦合镜耦合到四根光纤上，并通过光纤连接到功率检测模块（3）；

C）功率检测模块（3）所采集的能量数据通过USB数据线连接到数据处理模块（4）的硬件上。

2.一种基于权利要求1所述的基于四路分光模块的偏振光特性实时测量装置的偏振光特性实时测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1）测量四路分光模块（2）中光学元件分光棱镜、偏振片和光纤耦合效率的参数以及功率检测模块（3）的功率检测效率，测量精度0.1%；并将测量参数填入数据处理模块（4）中的实时测量软件中；

2）根据被测光源（1）能量量级选择功率检测模块（3），如果被测光源是经典光则选择经典光功率检测模块，如果被测光源是量子光则选择单光子功率检测模块；

3）根据被测光源的能量量级选择数据处理模块（4）的数据采集模式，并且设定实时偏振特性测量时长，实时测量速率可达0.5s；4）数据处理模块（4）软件部分中的实时偏振特性测量算法利用入射直线偏振片的椭圆偏振光的能量透射率来计算椭圆偏振光的偏振特性；功率检测模块（3）检测到四路分光模块（2）中四路偏振光能量分别为E₁，E₂，E₃和E₄，E₁，E₂，E₃和E₄是四路光功率计测量的能量值，或者是单光子探测器测量的单光子个数，通过以下公式可以计算出入射光偏振方位角θ和椭圆率角β：

θ=12arctan(E3-E4E1-E2)(E1>E2)---(1-1)]]>

θ=12arctan(E3-E4E1-E2)+π2(E1<E2)---(1-2)]]>

β=12arccos(E1-E2(E1+E2·1cos2θ)---(2)]]>

5）打开被测光源（1），被测光源是一个偏振特性不断变化的光源，经四路分光模块（2）后形成四路不同能量大小的线偏振光，再通过四根光纤传送到功率检测模块（3）；功率检测模块将检测到的四路偏振光能量通过USB发送到数据处理模块（4）；数据处理模块接收到四路偏振光的能量后，通过偏振特性测量算法实时计算出被测光源的偏振方位角和椭圆率角，并将结果显示出来；以此便完成了被测光源的实时偏振特性测量，使不断变化偏振特性的被测光源的偏振方位角和椭圆率角能够实时的被检测出来。