[发明专利]一种基于像素偏振片阵列的实时偏振态和相位测量方法

权利要求书

1.一种实时测量光偏振态的方法，包括如下步骤：

将偏振片阵列与感光元件阵列集成在一起，使得所述偏振片阵列的每个偏振片单元与所述感光元件阵列的每个感光单元一一对准，其中，所述偏振片阵列由大小相同的多个子阵列组成，每个子阵列包括多个偏振片单元，同一子阵列中的不同偏振片单元的透偏振方向不同；

使光透过所述偏振片阵列后入射到感光元件阵列上，感光元件阵列根据所检测的光强信号形成单帧图像，每个感光元件对应图像的一个像素；

将所述图像中与偏振片阵列各子阵列中的具有相同透偏振方向的偏振片阵列单元所对应的像素分别取出，组合成多幅图像；

根据组合的多幅图像的各像素所对应光强值获得各像素所对应的光的前三项斯托克斯参量；

根据所述组合的多幅图像的各像素所对应的光的前三项斯托克斯参量计算图像各像素的线偏振度和线偏振角。

2.如权利要求1所述的实时测量光偏振态的方法，其特征在于，所述偏振片阵列的相邻的每2×2单元构成一个子阵列，子阵列内的四个单元的透偏振方向不同，分别为0、π/4、π/2、3π/4。

3.如权利要求2所述的实时测量光偏振态的方法，其特征在于，根据如下公式计算所述图像的各像素所对应的光的线偏振度DoLP：

其中S₀，S₁，S₂分别为图像的像素所对应的光的前三项斯托克斯参量，

S₀＝I(0)+I(π/2)

S₁＝I(0)-I(π/2)，

S₂＝I(π/4)-I(3π/4)

I(0)、I(π/4)、I(π/2)和I(3π/4)分别是透偏振方向为0、π/4、π/2和3π/4的偏振片单元对应的感光元件单元所检测到光强值。

4.如权利要求2所述的实时测量光偏振态的方法，其特征在于，根据如下公式计算所述图像的各像素所对应的光的线偏振角AoLP：

其中，S₁、S₂分别为图像的像素所对应的光的第二、第三项斯托克斯参量，

S₁＝I(0)-I(π/2)，

S₂＝I(π/4)-I(3π/4)，

I(0)、I(π/4)、I(π/2)和I(3π/4)分别是与图像透偏振方向为0、π/4、π/2和3π/4的偏振片单元对应的感光元件单元所检测到光强值。

5.一种实时测量光相位的方法，其特征在于，包括：

将偏振片阵列与感光元件阵列集成在一起，使得所述偏振片阵列的每个偏振片单元与所述感光元件阵列的每个感光单元一一对准，其中，所述偏振片阵列由大小相同的多个子阵列组成，每个子阵列包括多个偏振片单元，同一子阵列中的不同偏振片单元的透偏振方向不同；

将激光经扩束准直后，照射到偏振分光棱镜上，使之分为两束互相垂直的线偏振光，一束照射到测试样品上，为物光波，另一束照射到参考面上，为参考光；

所述物光波和参考光分别被所述测试样品和参考面反射后再次经过所述偏振分光棱镜，且分别两次经过四分之一波片，使得偏振角度分别旋转了90°，从而分别被偏振分光棱镜透射和反射，之后经四分之一波片后分别被调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，并透过所述偏振片阵列入射到所述感光元件阵列；照明光源选为相干激光光源，两束相干光调制为互相垂直的线偏振光，其中一束为待测物光波，另一束为平行光。两束光透过四分之一波片后分别被调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，并透过所述偏振片阵列入射到所述感光元件阵列。

将所述图像中与偏振片阵列各子阵列中的具有相同透偏振方向的偏振片阵列单元所对应的像素分别取出，组合成多幅图像；

根据所述组合的多幅图像的各像素所对应光强值计算图像各像素的光相位。

6.如权利要求5所述的实时测量光相位的方法，其特征在于，所述偏振片阵列的相邻的每2×2单元构成一个子阵列，子阵列内的四个单元的透偏振方向不同，分别为0、π/4、π/2、3π/4。

7.如权利要求6所述的实时测量光相位的方法，其特征在于，根据如下公式计算所述图像的各像素所对应的光的相位：

其中，I(0)、I(π/4)、I(π/2)和I(3π/4)分别是透偏振方向为0、π/4、π/2和3π/4的偏振片单元对应的感光元件单元所检测到光强值。