[发明专利]一种通过球形碱金属气室后偏振光偏振特性检测系统

权利要求书

1.一种通过球形碱金属气室后偏振光偏振特性检测系统，其特征在于：包括光路系统(1)、图像数据采集系统(2)和图像数据处理系统(3)，其中，光路系统(1)包括激光器(11)、半波片(12)、偏振分光棱镜PBS(13)、平面反射镜组(14)、扩束与整形透镜组(15)、光阑(16)、起偏器PBS(17)、球形碱金属气室(18)和检偏器偏振片(19)；图像数据采集系统(2)包括CCD相机(21)和控制与连接组件(22)；图像数据处理系统(3)为计算机；该检测系统由激光器(11)发出检测用激光光束，经过半波片(12)与偏振分光棱镜PBS(13)的调制，形成振动方向为竖直方向的线偏光，此后入射到平面反射镜组(14)，对光束的传播方向进行精细调整后入射扩束与整形透镜组(15)进行扩束，使得原始激光变为直径较大的均匀光斑，用于偏振测量，此后通过光阑(16)对光斑的直径进行调整，同时对光斑边缘进行调整，经过以上整形过程的光斑入射到起偏器PBS(17)进行重新起偏，入射到球形碱金属气室(18)采集玻璃材料的缺陷与偏振影响信息，出射光携带信息经过检偏器偏振片(19)的过滤后输入CCD相机(21)，CCD相机(21)将采集到的图像信息经过控制与连接组件(22)传递给图像数据处理系统(2)即计算机终端，并最终利用计算机进行图像的显示、分析和结果的输出。

2.根据权利要求1所述的一种通过球形碱金属气室后偏振光偏振特性检测系统，其特征在于：所述的光路系统(1)采用二维全空间偏振态调制方式对球形碱金属气室(18)进行测量，即同时测量全部透光点位置的偏振光束受到影响的状况；使用球形碱金属气室(18)作为中心元器件的测量仪器主要关注入射到气室中的光束的偏振状态，重点检测经过一侧玻璃球面光束受到的影响；根据几何光学可以计算出不同离轴位置的入射光的几何光学出射情况，设-u”为出射光束偏转角，则有如下结果：

-u”＝θ₂'-θ₂+θ₁'-θ₁

其中，θ1=arcsinhr,θ1′=arcsin(nn′·hr),θ2=arcsin(nn′·hr′),]]>θ₁为入射光折射的入射角，θ₁'为一次折射的出射角，θ₂为二次折射的入射角，θ₂'为二次折射的出射角，n为球形碱金属气室(18)外气体对固定频率光束的折射率，n'为气室玻璃材料对固定频率光束的折射率，n”为气室内气体对固定频率光束的折射率，h为测量点的离轴高度，r为球形气室外径，r'为球形气室内径；根据几何光学路径的计算结果，结合实际测量中CCD相机采集镜头的位置参数，即可进一步计算得到对应点在图像上的位置；进一步结合菲涅尔公式，计算出光束不同振动方向的偏振分量的透射率，即光束偏振状态受到的偏振，结果如下：

ts=n′′cosθ2′ncosθ1·16sin2θ1′cos2θ1sin2θ2′cos2θ2sin2(θ1+θ1′)sin2(θ2+θ2′)]]>

τp=n′′cosθ2′n cosθ1·16sin2θ1′cos2θ1sin2θ2′cos2θ2sin2(θ1+θ1′)cos2(θ1-θ1′)sin2(θ2+θ2′)cos2(θ2-θ2′)]]>

其中，τ_s为水平偏振方向的偏振光的透射率，τ_p为垂直偏振方向的偏振光的透射率，即对不同偏振方向上偏振光的透射是不同的，光束通过气室后，不同的透射率使得两偏振方向上的光束分量的合成光束与未通过气室前的光束有一定的区别，体现在和合成的光束在振动方向上与原始光束相比有一定的转动，因而通过检偏器偏振片(19)后会得到一定的图像，通过图像不同位置的光强信息，即可了解球形碱金属气室对偏振光质量产生影响的信息。