一种烟雾粒子穆勒矩阵的偏振测量方法与流程

技术特征：
1.一种烟雾粒子穆勒矩阵的偏振测量方法，其特征在于，该方法基于的光学系统包括发射系统(1)、分束起偏系统(2)、起偏系统(3)、烟雾粒子模拟系统(4)、分光系统(5)、检偏系统(6)和计算机数据处理系统(7)，具体所述方法包括如下步骤，且以下步骤顺序进行：步骤一、前期准备：
①
将发射系统(1)、烟雾粒子模拟系统(4)、分光系统(5)和检偏系统(6)依次放置在光束传输方向的主光路上；分束起偏系统(2)和起偏系统(3)放置在同一波轮上；其中，发射系统(1)包括沿着光的传输方向依次布置的激光器(101)、准直系统(102)和滤光片(103)；烟雾粒子模拟系统(4)具有三个光射入窗口、三个光射出窗口；分光系统(5)包括分光单元一(501)、分光单元二(502)和分光单元三(503)，分光单元一(501)、分光单元二(502)和分光单元三(503)分别放置在烟雾粒子模拟系统(4)的三个出射光路上；检偏系统(6)包括检偏单元一(601)、检偏单元二(602)、检偏单元三(603)、检偏单元四(604)、检偏单元五(605)和检偏单元六(606)，检偏单元一(601)、检偏单元二(602)分别放置在分光单元一(501)的反射光路和透射光路上；检偏单元三(603)、检偏单元四(604)分别放置在分光单元二(502)的反射光路和透射光路上；检偏单元五(605)、检偏单元六(606)分别放置在分光单元三(503)的反射光路和透射光路上；
②
将所述分束起偏系统(2)配置为将其接收到的光束均匀分成能量相同且偏振态彼此不同的三路光束，且三路光束分别沿三个通道传输，三个通道相互平行，分别为第一通道、第二通道和第三通道，其中第二通道与分束起偏系统(2)入射端口位于同一直线上；第一通道和第三通道对称设置在第二通道的两侧；第一通道的出射光为水平偏振光或垂直偏振光，第二通道的出射光为 45
°
方向的线偏振光或
‑
45
°
方向的线偏振光，第三通道的出射光为右旋偏振光或左旋偏振光；
③
将所述起偏系统(3)配置为将其接收到的光束转换为水平偏振光、垂直偏振光、 45
°
方向的线偏振光或
‑
45
°
方向的线偏振光中的一种，且不同于所述分束起偏系统(2)出射的三路光束的偏振态；
④
将所述检偏系统(6)中的检偏单元一(601)、检偏单元三(603)和检偏单元五(605)配置为检测右旋偏振光或左旋偏振光；检偏单元二(602)、检偏单元四(604)和检偏单元六(606)配置为检测光经检偏方向为0
°
、45
°
、90
°
和135
°
后的光强；步骤二、旋转波轮，将分束起偏系统(2)置于光束传输方向的主光路上，并位于发射系统(1)和烟雾粒子模拟系统(4)之间；步骤三、开启激光器(101)，激光器(101)发射的激光束经过准直系统(102)入射到滤光片(103)进行滤光，得到准直的平行激光束；步骤四、将步骤三获得的平行激光束出射到分束起偏系统(2)，光束经分束起偏系统(2)分成三路，每路光束强度相同，且三路光束分别沿三个相互平行的通道传输，同时入射到烟雾粒子模拟系统(4)；步骤五、三路光束经烟雾粒子模拟系统(4)入射到分光系统(5)中，第一通道出射的光入射到分光单元一(501)，第二通道出射的光入射到分光单元二(502)，第三通道出射的光入射到分光单元三(503)，分光单元一(501)、分光单元二(502)和分光单元三(503)均将其接收到的一束光分成透射与反射的两束，且强度减半，得到六路出射光束；步骤六、步骤五得到的六路出射光束分别入射到六个检偏单元；
步骤七、六个检偏单元同时探测到六路出射光束的光强，将光强信息传送给计算机数据处理系统(7)，计算机数据处理系统(7)进行处理，得到烟雾粒子穆勒矩阵的十二个元素；步骤八、用波轮将分束起偏系统(2)旋出，旋入起偏系统(3)，使得入射到烟雾粒子模拟系统(4)中的是水平偏振光、垂直偏振光、 45
°
方向的线偏振光或
‑
45
°
方向的线偏振光,且不重复于分束起偏系统(2)中的一种，经烟雾粒子模拟系统(4)出射的光入射到分光单元二(502)，记录此种状态下的两路出射光束的光强，将光强信息传送给计算机数据处理系统(7)，计算机数据处理系统(7)进行处理，得到烟雾粒子穆勒矩阵的四个元素，从而获得烟雾粒子穆勒矩阵。2.根据权利要求1所述的烟雾粒子穆勒矩阵的偏振测量方法，其特征在于：所述分束起偏系统(2)包括偏振片b(201)、偏振片c(202)、偏振片d(203)、1/4波片a(204)、聚焦透镜(205)和一维三通道分束器(206)，一维三通道分束器(206)放置在聚焦透镜(205)焦点处，一维三通道分束器(206)用于将来自发射系统(1)的激光束均匀分成光束ⅰ、光束ⅱ和光束ⅲ三束光，所述三束光经过聚焦透镜(205)后变成三束平行光，分别沿三个相互平行的通道进行传输，三个相互平行的通道分别为第一通道、第二通道和第三通道，其中第二通道与一维三通道分束器(206)的入射端口位于同一直线上；第一通道和第三通道对称设置在第二通道的两侧；偏振片b(201)放置在第一通道的光路上，将偏振片b(201)调节到水平方向或垂直方向；偏振片c(202)放置在第二通道的光路上，将偏振片c(202)调节到与水平成 45
°
方向或
‑
45
°
方向；偏振片d(203)和1/4波片a(204)放置在第三通道的光路上，且1/4波片a(204)设置在偏振片d(203)的光线出射侧，将偏振片d(203)调节到水平方向并且将1/4波片a(204)调节到与水平成 45
°
方向或
‑
45
°
方向。3.根据权利要求1所述的烟雾粒子穆勒矩阵的偏振测量方法，其特征在于：所述检偏单元一(601)包括沿着光的传输方向依次放置的1/4波片b(6013)、偏振片e(6012)和探测器a(6011)，将1/4波片b(6013)调节到与水平成 45
°
方向或
‑
45
°
方向，偏振片e(6012)调节到水平方向；检偏单元二(602)包括微偏振探测器a(6021)；检偏单元三(603)包括沿着光的传输方向依次放置的1/4波片c(6033)、偏振片f(6032)和探测器b(6031)，将1/4波片c(6033)调节到与水平成 45
°
方向或
‑
45
°
方向，偏振片f(6032)调节到水平方向；检偏单元四(604)包括微偏振探测器b(6041)；检偏单元五(605)包括沿着光的传输方向依次设置的1/4波片d(6053)、偏振片g(6052)和探测器c(6051)，将1/4波片d(6053)调节到与水平成 45
°
方向或
‑
45
°
方向，偏振片g(6052)调节到水平方向；检偏单元六(606)包括微偏振探测器c(6061)。

技术总结
本发明公开了一种烟雾粒子穆勒矩阵的偏振测量方法，属于偏振检测领域，在该方法基于的光学系统中的发射系统后通过波轮加入起偏系统和分束起偏系统，当旋入分束起偏系统时，将发射系统发射的光束分为三个通道，具备三种偏振态同时起偏功能；在检偏单元中，每一个分束通道可同时检测四种偏振状态，达到三种偏振状态同时起偏同时检偏的效果，一次性完成十二组穆勒矩阵的测试。通过波轮快速旋出分束起偏系统，旋入起偏系统的操作，主光路只有一条通道，可用于检测第四种起偏光经烟雾介质后四种偏振态，完成另外四组穆勒矩阵的测试。整个测试过程只需对烟雾介质环境调节一次，无需重复调节，可避免烟雾介质环境反复调节所产生的误差问题。差问题。差问题。


技术研发人员：张肃 宋俊宏 战俊彤 付强 李英超 段锦
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：2021.04.23
技术公布日：2021/10/19