基于振幅分割的光偏振測量技術(shù)的研究.pdf

1、偏振是光波的一個重要性質(zhì)，在材料科學(xué)、光學(xué)、光工程學(xué)、通訊學(xué)和天文學(xué)等領(lǐng)域中，光偏振的測量具有十分重要的意義。分振幅偏振光計是一種能夠快速測量光偏振的傳感器。它利用分振幅方法將入射光分為若干個分立小光源，通過多信號通道同時探測，同時近似實時地測量出描述待測光偏振的全部斯托克斯參數(shù)。它具有測量速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單和操作方便等優(yōu)點，可用于在線實時研究材料的物理化學(xué)性質(zhì)。在過去的二十多年里，國外研究人員在該領(lǐng)域內(nèi)，在理論和應(yīng)用方面做了大

2、量工作，取得很大進展，提出了十多種利用分振幅方法的偏振光計，并且已將部分裝置應(yīng)用于實際領(lǐng)域。目前，國內(nèi)對它的研究甚少。因此，本文對分振幅光偏振測量技術(shù)進行了深入研究。主要工作如下：
　　（1）基于分振幅偏振光計的工作原理，研制了一種新穎的高速光偏振測量裝置。設(shè)計了一種既能產(chǎn)生反射光衍射又能產(chǎn)生透射光衍射的特殊金屬光柵，將它作為主要分光器件，設(shè)計了偏振光探測器的光學(xué)系統(tǒng)；基于USB2.0接口技術(shù)，設(shè)計了具有光電轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理、高速數(shù)

3、據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿碾娐废到y(tǒng)；設(shè)計開發(fā)了軟件系統(tǒng)。最后，研制出集光、機、電等技術(shù)一體的能夠高速測量光偏振的裝置原型。
　?。?）對研制的光偏振測量裝置原型進行了數(shù)據(jù)評估。采用Equator-Poles定標法，獲得了裝置的非奇異的儀器矩陣。為了檢驗定標后裝置的工作性能，利用偏振態(tài)發(fā)生器產(chǎn)生一系列的偏振態(tài)，對裝置進行了測試。測試結(jié)果表明：在工作波長632.8nm時，斯托克斯參數(shù)的測量值與理論值的平均偏差小于2％。詳細地分析了產(chǎn)生測

4、量偏差的主要原因。
　?。?）儀器矩陣的好壞決定著分振幅偏振光計的測量精度。為了提高分振幅偏振光計的測量精度，將遺傳算法應(yīng)用到分振幅偏振光計，提出一種基于遺傳算法的分振幅偏振光計的儀器矩陣優(yōu)化求解方法。測試結(jié)果表明，使用該方法能夠獲得性能較優(yōu)的儀器矩陣。
　?。?）為了提高分振幅偏振光計的工作性能，提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分振幅偏振光計的數(shù)據(jù)處理方法。將分振幅偏振光計電路系統(tǒng)輸出的電信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，入射光的斯托克

5、斯參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，建立前向多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，使該網(wǎng)絡(luò)確立了電信號與入射光斯托克斯參數(shù)之間的映射關(guān)系。由測量得到的電信號，利用訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以計算出待測入射光的斯托克斯參數(shù)。測試結(jié)果表明，對同組數(shù)據(jù)進行處理，在測量精度方面，該方法略優(yōu)于矩陣運算法。
　?。?）分振幅偏振光計可用作實時偏振測量術(shù)、橢偏測量術(shù)和米勒矩陣橢偏測量術(shù)中的偏振態(tài)探測器。對分振幅偏振光計的應(yīng)用進行了探索性研究，設(shè)計和測試了它在糖溶液糖度