[发明专利]一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置

权利要求书

1.一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，其特征在于：该装置包括光谱滤光器(1-1)、波片阵列(1-2)、偏振片阵列(1-3)和光强采集相机(1-4)；

其中，光谱滤光器(1-1)位于波片阵列(1-2)之前，将进入波片阵列(1-2)的光限定在一定的光谱范围内；波片阵列(1-2)利用同一波片在相邻的2×2四个单元内加工成不同相位延迟的波片组合，如此往复，最终形成阵列；偏振片阵列(1-3)利用在相邻的2×2的四个单元内加工成不同偏振方向的偏振片组合，如此往复，最终形成阵列；波片阵列(1-2)与偏振片阵列(1-3)各单元尺寸相同，个数相对应；光强采集相机(1-4)位于太阳望远镜系统焦平面上，分别记录通过阵列各单元的光强值，其与波片阵列(1-2)、偏振片阵列(1-3)贴合在一起，做成集成装置；

该装置的数据处理过程如下所述：

首先，定义待测太阳光的斯托克斯矢量为S＝[I Q U V]^T；在相邻的2×2四个单元内波片与偏振片有四种不同组合方式，分别记为a,b,c,d，波片Muller矩阵分别为M_wa,M_wb,M_wc,M_wd，偏振片Muller矩阵为M_pa,M_pb,M_pc,M_pd，组合Muller矩阵分别为M_a,M_b,M_c,M_d，其中：

记a单元的Muller矩阵为：

太阳光经过标记为a的波片与偏振片单元后，其出射光斯托克斯矢量为：

然后，太阳光进入光强采集相机(4)，相机采集对应的光强值为：

I_a＝a₁₁I+a₁₂Q+a₁₃U+a₁₄V (3)

已知偏振片的Muller矩阵为：

其中，α为偏振片起偏角；

波片的Muller矩阵为：

其中，δ为波片产生的相位延迟，θ为波片快轴方向与坐标系X轴方向夹角；则：

同理，相机分别采集2×2四个单元对应的光强值为：I_a,I_b,I_c,I_d，有：

通过该组光强值I_a,I_b,I_c,I_d反演待测太阳光的斯托克斯矢量，

其中：

公式(5)存在唯一解的条件是：M矩阵满秩，即：

rank(M)＝4 (10)

在a,b,c,d四个单元中使α，δ，θ取不同的值，可使M矩阵满足公式(10)的条件。

2.根据权利要求1所述的一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，其特征在于：光谱滤光器作用是将入射光的光谱限制在一定的带宽范围内，其使用光栅光谱仪、干涉滤光器、原子滤光器或双折射滤光器，只要满足偏振测量应用中系统要求即可。

3.根据权利要求1所述的一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，其特征在于：该装置可以针对多个波长和带宽的光谱完成偏振斯托克斯矢量测量，不局限于特定波长和带宽，但受限于光强采集相机的光谱响应。

4.根据权利要求1所述的一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，其特征在于：波片阵列用于对光束产生不同的相位延迟，采用压印/刻蚀方法制作。

5.根据权利要求1或4所述的一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，其特征在于：波片的刻蚀或压印深度与波长和相移量有关，只要满足权利要求1中公式(7)所描述的满秩条件，均可准确测量偏振斯托克斯矢量参数。