[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

说明书

本发明提供一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，包括光谱滤光器，波片阵列，偏振片阵列和光强采集相机。太阳磁场是太阳活动爆发的驱动力和能量来源，而太阳偏振斯托克斯矢量测量是太阳磁场探测的唯一途径。本发明的一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的新型装置，采用微光学技术原理制作微波片阵列，在此基础上加工微偏振片阵列，并与光强采集相机光敏面贴合，仅需要一次曝光即可获取太阳偏振斯托克斯矢量信息。相对于传统装置，本发明装置结构紧凑，实时性强，无需精确调试和人为调制，光谱响应范围宽，成本低且可批量化生产，同时避免了相机不均匀响应、像差等因素引入的探测误差，并可方便扩展于其他应用领域。

技术领域

本发明涉及偏振测量领域，特别涉及一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置。

背景技术

太阳磁场是太阳活动爆发的驱动力和能量来源，而太阳偏振斯托克斯矢量测量是太阳磁场探测的唯一途径。传统的太阳偏振测量常采用分时调制(如图2所示)和分振幅同时调制(如图3所示)的方式。分时调制包括旋转波片，调制波片相位延迟，调制波片光轴方向等。

图2(a)所示为旋转波片的方式，其中2-1为1/4波片，2-2为电动角旋转台，2-3为偏振片，2-4为光强采集相机，2-5为控制器。控制器控制旋转台旋转，进而调制波片快轴方向，光强采集相机依次记录波片处于不同快轴方向时的光强值，由测得的光强值和波片快轴方向角，可以反演待测太阳光斯托克斯矢量。

图2(b)所示为调制波片相位延迟的方式，其中2-6为电光晶体，2-3为偏振片，2-4为光强采集相机，2-5为控制器。在外界电场的作用下，电光晶体的双折射性质会发生变化，其相位延迟量随外加电压而改变，而其快轴方向不发生变化。控制器通过对电光晶体外加不同电压从而对其相位延迟进行调制，光强采集相机依次记录电光晶体不同相位延迟时的光强值，由测得的光强值和波片相位延迟量，可以反演待测太阳光斯托克斯矢量。

图2(c)所示为调制波片光轴方向的方式，其中2-7为FLC晶体，相位延迟为1/2波长，2-8为FLC晶体，相位延迟为1/4波长，2-3为偏振片，2-4为光强采集相机，2-5为控制器。在外界电场的作用下，FLC晶体光轴方向发生旋转而其相位延迟不变。控制器通过对FLC晶体外加不同电压使其光轴方向在特定两个角度之间切换，光强采集相机依次记录FLC晶体不同光轴方向时的光强值，由测得的光强值和FLC晶体光轴方向角，可以反演待测太阳光斯托克斯矢量。

图3所示为分振幅同时调制的方式，其中3-1为分光棱镜，3-2为1/4波片，3-3为偏振片，3-4为光强采集相机，3-5为控制器。分光棱镜将光束分为4束，在每个光路中添加不同旋转方向的波片和偏振片，控制器控制4台光强采集相机对各光路的光强值进行同时采集，利用4台相机采集的光强值和波片与偏振片的调制方式，可以反演出待测太阳光斯托克斯矢量。

然而受环境影响，在光强采集相机两次曝光周期内，进入偏振测量装置的太阳光存在光强闪烁，因此分时调制的方式测量精度受到限制。并且，旋转波片的方式存在机械振动，且调制频率低，为达到较高的系统稳定性，对角旋转台有较高要求，成本高；调制波片相位延迟的方式因电光晶体相位延迟量对温度较敏感，往往需要额外的恒温设备，系统复杂。调制波片光轴方向的方式因FLC光轴方向同样对温度较敏感，且加工困难，成本较高，对某些系统难以满足使用要求；分振幅同时调制的方式将光路分为4束，系统复杂，且各相机之间存在不均匀性，影响测量精度。

针对以上问题，本发明的一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的新型装置，采用微光学技术原理制作的微波片阵列，并在此基础上加工微偏振片阵列，并与光强采集相机光敏面贴合，仅需要一次曝光即可获取太阳偏振斯托克斯矢量信息。相对于传统装置，本发明装置结构紧凑，实时性强，无需精确调试和人为调制，光谱响应范围宽，成本低且可批量化生产，同时避免了相机不均匀响应等因素，可方便扩展于其他应用领域。本发明实用性强，创新性明显。

发明内容