一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统及方法.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CN112525828A(43)申请公布日2021.03.19(21)申请号202011552217.5(22)申请日2020.12.24(71)申请人暨南大学地址510632广东省广州市天河区黄埔大道西601号(72)发明人冯元华江秀美黄剑文周骥高社成(74)专利代理机构广州市华学知识产权代理有限公司44245代理人李斌(51)Int.Cl.G01N21/21(2006.01)G01N21/01(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统及方法，系统包括宽带脉冲光源、时间拉伸模块、光谱调制模块以及采样模块；所述时间拉伸模块包括滤波器、色散模块以及放大器；所述光谱调制模块包括偏振生成模块以及偏振分析模块；所述采样模块包括光电探测器以及实时采样模块；所述偏振生成模块包括起偏器以及多块波片，用于生成特定的偏振态；所述偏振分析模块包括检偏器以及多块波片，用于对经过样品后的光束偏振态进行解析。本发明将光学时间拉伸技术用于穆勒矩阵测量，测量速度可达到100MHz量级，单次穆勒矩阵测量时间提高到10ns量级，从而克服现有技术中穆勒矩阵测量实时性较差，测量速度较慢的问题。CN112525828ACN112525828A权利要求书1/2页1.一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统，其特征在于，包括依次设置的宽带脉冲光源、时间拉伸模块、光谱调制模块以及采样模块；所述时间拉伸模块包括滤波器、色散模块以及放大器；所述色散模块用于通过色散效应使宽带脉冲激光在时间上拉伸，不同波长的光脉冲被映射到不同的时刻，实现波长到时间的映射；所述宽带脉冲光源用于发出宽带脉冲激光；所述时间拉伸模块用于将宽带脉冲激光在时间上拉伸为频率啁啾光，不同波长的光被映射到不同的时刻；所述光谱调制模块用于将穆勒矩阵的各个矩阵元素编码调制到光谱上；所述采样模块用于将光信号转为电信号，并经模数转换器转换为数字信号，以进行后期的数字信号处理。2.根据权利要求1所述的一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统，其特征在于，所述宽带脉冲光源具体为一种宽光谱，时域上为窄脉冲的非连续激光器；所述采样模块具体包括光电探测器以及实时采样模块；所述光电探测器用于将经过调制的光谱转换为光电流，所述实时采样模块用于对转换后的电信号进行实时模拟数字转换。3.根据权利要求1所述的一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统，其特征在于，所述光谱调制模块包括偏振生成模块以及偏振分析模块；所述偏振生成模块包括起偏器以及多块波片，用于生成特定的偏振态；所述偏振分析模块包括检偏器以及多块波片，用于对经过样品后的光束偏振态进行解析。4.根据权利要求3所述的一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统，其特征在于，所述偏振生成模块具体由快轴角度为θp1的起偏器、第一波片以及第二波片组成；所述偏振分析模块具体由第三波片、第四波片及快轴角度为θp2的检偏器组成。5.根据权利要求4所述的一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统，其特征在于，所述波片厚度比例以及角度设置根据实际情况有多种组合，表示为：所述第一波片、第二波片、第三波片以及第四波片的厚度比设为l1∶l2∶l3∶l4，角度分别为θR1、θR2、θR3、θR4；其中，角度设置以快轴角度为θp1的起偏器为基准进行角度定标。6.根据权利要求1所述的一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统，其特征在于，所述时间拉伸模块和光谱调制模块的设置顺序可以调换。7.基于权利要求1所述穆勒矩阵测量系统的穆勒矩阵测量方法，其特征在于，包括以下步骤：选择待测样品，穆勒矩阵测量系统工作，脉冲激光沿光路经过穆勒矩阵测量系统；光电探测器将经过调制的光信号转换为光电流，实时采样模块对电信号进行采样得到光强随时间变化的信号I(t)，而时间与波长一一对应，即得到不同波长的光强信号I(λ)；对采样得到的信号I(t)进行傅里叶变换得到各频率分量的系数，由于各频率分量系数值与穆勒矩阵元素的线性组合对应，根据频率分量系数求得穆勒矩阵的各元素。8.根据权利要求7所述的穆勒矩阵测量方法，其特征在于，脉冲激光沿光路经过所述穆勒矩阵测量系统时，表示为：2CN112525828A权利要求书2/2页其中，Sout和Sin分别为入射和出射光的斯托克斯矢量，P、R分别为偏振片和相位片的穆勒矩阵，M为待测样品的穆勒矩阵，待测穆勒矩阵M表示为：设mpq为穆勒矩阵元素，p＝0，1，2，3，q＝0，1，2，3；各波片的相位延迟表示为：其中，li为各波片的厚度，i＝1，2，3，4，Δn为波片的双折射率差，λ为工作波长。9.根据权利要求8所述的穆勒矩阵测量方法