[发明专利]一种基于斯托克斯矢量的滚转角测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于斯托克斯矢量的滚转角测量方法，其特征在于，由线偏振光产生模块产生的线偏振光经与待测物体固连的波片调制后进入完全斯托克斯偏振仪中获得出射光的斯托克斯矢量，基于出射光的斯托克斯矢量计算获得待测物体的滚转角；

所述测量方法包括透射式测量法或反射式测量法，

透射式测量时，滚转角采用如下方式计算获得：

判断S₂是否为0，若是，则θ'为0°或90°；

若否，则采用如下公式计算：

若S₂＞0,S₃≥0

若S₂＜0,S₃＞0

若S₂＞0,S₃＜0

若S₂＜0,S₃＜0

反射式测量时，滚转角采用如下公式计算获得：

判断S₂是否为0，若是，则θ'为0°或90°；

若否，则采用如下公式计算：

若S₂＜0,S₃≥0

若S₂＞0,S₃＞0

若S₂＜0,S₃＜0

若S₂＞0,S₃＜0

其中，θ'为待测量的滚转角，S₁、S₂和S₃分别为出射光的斯托克斯矢量的第二至四项元素，Ps为线偏振光产生模块中的偏振器的初始方位角，δ为波片的相位延迟量。

2.一种用于实现如权利要求1所述的基于斯托克斯矢量的滚转角测量方法的测量装置，其特征在于，包括线偏振光产生模块(1)、传感模块(2)和检偏模块，其中，所述线偏振光产生模块(1)包括光源(101)和偏振器(102)，所述传感模块(2)包括波片(103)，该波片(103)作为偏振敏感元件与待测旋转元件相连并同步转动，以将待测旋转元件的滚转角变化转换为探测光束的偏振变化，所述检偏模块为完全斯托克斯偏振仪；测量时由光源(101)发出的准直单色光首先经过偏振器(102)起偏为线偏振光，然后经波片(103)调制为椭圆偏振光，最后进入完全斯托克斯偏振仪中获得出射光的斯托克斯矢量。

3.一种用于实现如权利要求1所述的基于斯托克斯矢量的滚转角测量方法的测量装置，其特征在于，包括线偏振光产生模块(1)、传感模块(2)、分束器模块和检偏模块，其中，所述线偏振光产生模块(1)包括光源(701)和偏振器(702)，所述传感模块(2)包括平面反射镜(703)和波片(705)，该波片(705)作为偏振敏感元件与待测旋转元件相连并同步转动，以将待测元件的滚转角变化转化为探测光束的偏振变化，所述分束器模块包括分束器(706)，所述检偏模块为完全斯托克斯偏振仪；测量时由光源(701)发出的准直单色光首先经过偏振器(702)起偏为线偏振光，然后经分束器(706)后垂直入射到波片(705)，再垂直入射到平面反射镜(703)后再次入射到波片(705)中，最后经分束器(706)入射到完全斯托克斯偏振仪中获得出射光的斯托克斯矢量。

4.如权利要求2或3所述的测量装置，其特征在于，检偏模块包括沿光路依次设置的旋转波片、检偏器和探测器。

5.如权利要求2或3所述的测量装置，其特征在于，光源为白光光源、激光光源或发光二极管光源。

6.如权利要求2或3所述的测量装置，其特征在于，测量装置在测量之前，采用单旋转原位校准法对测量装置进行校准以获得测量装置的系统初值。

7.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，分束器(706)为非偏振型分束器。