一种基于液晶相位延迟器的偏振组件穆勒矩阵优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113758871A(43)申请公布日2021.12.07(21)申请号202110946539.6(22)申请日2021.08.18(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市屯溪路193号申请人合肥工业大学智能制造技术研究院(72)发明人方勇岳明强李进晔胡俊涛(74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理有限公司34112代理人余成俊(51)Int.Cl.G01N21/01(2006.01)G01N21/21(2006.01)权利要求书3页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于液晶相位延迟器的偏振组件穆勒矩阵优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于液晶相位延迟器的偏振组件穆勒矩阵优化方法，属于偏振光领域，具体为在一种由两片液晶相位延迟器和一片偏振片构成的偏振组件中，引入随温度和电压变化的快轴方位角和相位延迟，优化了偏振组件的穆勒矩阵，消除因未考虑快轴方位角随温度和电压变化而产生的误差。CN113758871ACN113758871A权利要求书1/3页1.一种基于液晶相位延迟器的偏振组件穆勒矩阵优化方法，用于由两片液晶相位延迟器和一片线偏振片构成的偏振组件，所述偏振组件配合照明光源时构成偏振态发生器PSG，偏振组件配合光强探测器时构成偏振态探测器PSA，其特征在于：在所述偏振组件的穆勒矩阵中，引入随温度变化的快轴方位角，由此得到所述偏振组件优化的穆勒矩阵，包括以下步骤：步骤1、获取两片液晶相位延迟器快轴方位角关于温度和电压的对应关系θ(T，U)，其中θ表示每片液晶相位延迟器快轴方位角，T表示每片液晶相位延迟器温度，U表示每片液晶相位延迟器驱动电压；步骤2、获取两片液晶相位延迟器相位延迟关于温度和电压的对应关系δ(T，U)，其中δ表示每片液晶相位延迟器的相位延迟；步骤3、将每片液晶相位延迟器已经标定好的快轴方位角关于温度和电压的对应关系θ(T，U)和相位延迟关于温度和电压的对应关系δ(T，U)带入穆勒矩阵理论模型M(θ，δ)中，得到对应片液晶相位延迟器改写后的穆勒矩阵M(T，U)如公式(1)所示：M(T，U)＝M(θ(T，U)，δ(T，U))(1)；步骤4、根据偏振态发生器PSG和偏振态探测器PSA各自入射光、出射光的斯托克斯矢量关系，分别有以下公式：Sout＝M1(T，U1)×M2(T，U2)×MP×Sin＝MPSG(T，U1，U2)×Sin(2)，Sout＝MP×M2(T，U2)×M1(T，U1)×Sin＝MPSA(T，U1，U2)×Sin(3)，公式(2)、(3)中，M1和M2分别为两片液晶相位延迟器的穆勒矩阵，U1和U2分别为两片液晶相位延迟器的驱动电压，MP是构成偏振组件的线偏振片的穆勒矩阵，MPSG和MPSA分别是偏振态发生器PSG和偏振态探测器PSA整体的穆勒矩阵，Sin和Sout分别是入射光和出射光的斯托克斯矢量；在公式(2)和公式(3)中，若温度T确定，对于偏振态发生器PSG的任意一组电压组合(U1，U2)，PSG会产生一个特定偏振态的光束，如果用这束光照射到具有相同电压组合(U1，U2)的偏振态探测器PSA上，检测到的光强将会是最大的；除去偏振态发生器PSG的光源部分和偏振态探测器PSA的光强探测器部分，其余组件拥有完全相同的结构，即所要优化的偏振组件；可用穆勒矩阵MG(T，U1，U2)来描述这个偏振组件，如公式(4)所示：Sout＝M2(T，U2)×M1(T，U1)×MP×Sin＝MG(T，U1，U2)×Sin(4)，其中，出射光Sout的第一个分量Sout0代表亮度，第一个分量Sout0是入射光Sin的线性函数，如公式(5)所示：I＝Sout0＝αSin0+βSin1+γSin2+εSin3(5)，公式(5)中，I表示亮度，α、β、γ、ε分别是矩阵MG(T，U1，U2)第一行的阵元m11(T，U1，U2)、m12(T，U1，U2)、m13(T，U1，U2)、m14(T，U1，U2)Sin0、Sin1、Sin2、Sin3是入射光Sin的四个斯托克斯分量；对于公式(4)，若温度T已知，使用不同的电压组合可以获得不同的MG矩阵；对于给定的入射光Sin，假设有4个暂时未知的电压组合(U11，U12)、(U21，U22)、(U31，U32)、(U41，U42)，则有4个穆勒矩阵MG1(T，U11，U12)、MG2(T，U21，U22)、MG3(T，U31，U32)、MG4(T，U41，U42)，结合公式(5)建立一个线性方程组如公式(6)所示：2CN113758871A权利要求书2/3页公式(6)中，α1、β1、γ1、ε1是矩阵MG1(T，U11，U12)第一行的阵元，α2、β2、γ2、ε2是矩阵MG2(T，U21，U22)