[发明专利]一种光束方位和偏振角度共光路检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光束方位、偏振角度检测技术，具体涉及一种采用光电位置传感器检测光束方位和偏振角度的共光路检测装置及检测方法，它应用在量子通信、激光通信、目标跟踪或角度动态测量中。

背景技术

在国外，1945年，A.Rothen首次设计出一种椭圆偏振测量仪用于测定薄膜表面光学性质。自此，基于偏振光测量技术的各种测量仪器开始陆续出现并趋于成熟，形成了椭圆偏振测量术这一分支。起偏器-被测系统-补偿器-检偏器(PSCA)结构成为椭偏仪设计中常见的结构。1969年，Cahan、Spanier等研究了旋转检偏器椭偏仪(RAE)，这种椭偏仪让检偏器A以恒定角速度绕光轴旋转，将输出信号作傅里叶变换测量出偏振旋转角，不足的是这种结构不能测量偏振光的旋光性；同年，Jasperson等人研究了偏振调制型椭偏仪(PME)，在光路上对光束偏振态进行调制，利用探测器光电流谐波分量分析待测光学系统信息^[1]。1973年，J.Monin和G.A.Boutry提出了利用法拉第盒旋光器取代补偿器的PSRA型椭偏仪，也称为MBE椭偏仪，引入了交流电信号对偏振光进行调制；同年，Hazebroek和Holscher提出了干涉型椭偏仪，简称IE椭偏仪，可以避免窗口双折射引起的误差^[2]。1977年，Azzam和Bashara合作出版了第一部椭偏光测量术著作，开辟了椭偏测量学分支^[3]。1993年、1997年、2003年国际上分别召开了三次国际椭偏会议，对偏振光测量技术进行了理论探讨和技术规范。到目前为止，各种类型的椭偏仪渐趋成熟，主要应用在薄膜厚度测量、材料组成分析、溶液浓度检测等领域，在自由空间光通信中实现偏振角测量的椭偏仪目前还未见报道^[4]。

在国内，1975年，中山大学莫党等人研制出了我国第一台单波长消光式椭偏仪TP-75。1987年，西安交大研制成功了单波长自动椭偏仪，检偏器角度的分辨率为6度。1988年，上海技物所的张克奇，严义埙对旋转椭偏仪的精度进行了分析^[5]。1995年，复旦大学研制了RPA自动椭偏仪，采用同步旋转起偏器和检偏器进行偏振测量，用于薄膜厚度分析^[6]。1997年，华南师范大学研制出了HST-1型消光式智能椭偏仪，具有ISA接口，起偏器和检偏器角度分辨率达到0.05度，但处理一次需要几分钟时间^[7]。2000年，中科院力学所勒刚等人研制出我国第一台椭偏光成像仪，可进行纳米精度测量。上述椭偏仪的应用，主要集中在物理教学、薄膜厚度测量、溶液浓度分析和化学组分检测中，探测器多采用硅光电池、光电倍增管和雪崩二极管，检测时间多在秒级以上，很难直接应用在自由空间光通信中，进行偏振角度的动态检测，更不能实现信标光光束位置的同步测量。2001年，西安光机所的申小军、马彩文研究了一种无机械连接的方位测量同步系统，实现了单一角度传递^[8]。2006年，北京邮电大学的范玲、宋菲君等开始研究调制偏振光空间正交方位信息的传递，考虑用偏振光实现空间角度的测量^[9]。2008年，中科院西安光机所的吴易明、高立民、陈良益等对调制偏振光在方位信息传递中的应用进行了探讨，所设计装置初步实现了小范围信标光光束方位值的传递检测，但偏振角度的测量还未见诸报道^[10，11]。

通过上述分析可以发现，到目前为止，各种椭偏仪产品主要还是应用在物理实验教学、实验室中的材料组成分析、薄膜厚度测量和光学参数检测中，还没有可以直接应用在自由空间光通信并同时可以进行光束方位和偏振角度同步检测的椭偏仪出现^[12，13]。因此，本发明基于光电位置传感器的光束方位-偏振角度共光路检测方法及装置，能满足在自由空间光通信时同时进行偏振角度和光束位置同步检测的需要，弥补传统椭偏仪应用设计领域中的空白。

以上所涉及的参考文献如下：

1.R M A阿查姆，N M巴夏拉，“椭圆偏振测量术和偏振光”[M].北京：科学出版社，1985

2.J.Monin and G.A.Boutry，Nouv，Rev.Optique，4，159(1973)