[发明专利]一种偏振调制结构及偏振测量系统

权利要求书

1.一种偏振调制结构，其特征在于，包括旋转补偿器和偏振器，所述旋转补偿器为连续旋转的复合波片，该复合波片由多个同种材料的单波片组合而成，该复合波片的整体结构由各单波片的厚度和光轴夹角依据偏振特性传递矩阵优化设计确定，在依据偏振特性传递矩阵优化设计确定复合波片的整体结构的过程中，其依据的准则为使偏振特性传递矩阵在其适用波段范围内具有最小的奇异性。

2.如权利要求1所述的偏振调制结构，其特征在于，在适用波段范围内具有最小的奇异性优选为在适用波段范围内矩阵最大奇异性最小、在适用波段范围内矩阵的平均奇异性最小或在适用波段范围内矩阵的奇异性均方差最小。

3.如权利要求1或2所述的偏振调制结构，其特征在于，复合波片的整体结构由各单波片的厚度和光轴夹角依据偏振特性传递矩阵优化设计确定，具体包括如下步骤：

(1)确定偏振调制结构的适用波长范围Γ，复合波片制作材料，单波片个数N；选择复合波片中单波片厚度变化范围Ω和光轴夹角变化范围Θ；

(2)分别在厚度变化范围Ω和光轴夹角变化范围Θ中选择N个单波片的厚度值[d₁,d₂,...,d_N]和光轴夹角值[Δθ₁,Δθ₂,...,Δθ_N]；

(3)根据选择的单波片的厚度值和光轴夹角值建立偏振调制结构的偏振特性传递矩阵D(λ)，然后计算偏振调制结构的偏振特性传递矩阵D(λ)在波长范围Γ内的最大奇异性ζ_max：

其中，τ(λ)为与波长λ相关的系数，ζ表示矩阵奇异性的评价标准；

(4)重复步骤(2)-(3)，使偏振调制结构的偏振特性传递矩阵在波长范围Γ内的最大奇异性ζ_max最小，此时对应的复合波片各单波片的厚度值和光轴夹角值即为复合波片的整体结构参数。

4.如权利要求3所述的偏振调制结构，其特征在于，所述偏振特性传递矩阵D(λ)采用如下公式计算：

D(λ)＝f{[δ₁(λ),δ₂(λ),…,δ_N(λ)]；[θ₁(λ),θ₂(λ),…,θ_N(λ)]；P}

其中，f为由偏振调制结构偏振传递特性确定的函数关系，P为偏振器透光轴方位角，δ₁(λ),δ₂(λ),…,δ_N(λ)分别表示第1,2,…,N个单波片的相位延迟量，θ₁(λ),θ₂(λ),…,θ_N(λ)分别表示第1,2,…,N个单波片的光轴方位角。

5.如权利要求4所述的偏振调制结构，其特征在于，所述相位延迟量由各单波片的厚度确定：

其中，δ_n(λ)为第n个单波片的相位延迟量，d_n为第n个单波片的厚度，λ为工作波长，λ∈Γ，Δn(λ)为波长λ下波片制作材料的双折射率。

6.如权利要求4或5所述的偏振调制结构，其特征在于，光轴方位角由光轴夹角和参考单波片光轴方位角确定：

θ_n(λ)＝θ_N0+Δθ_n，

其中，θ_n(λ)为第n个单波片的光轴方位角，Δθ_n为第n个单波片光轴与参考单波片光轴间的夹角，θ_N0为参考单波片的光轴方位角。

7.一种偏振测量系统，其特征在于，至少包含一个如权利要求1-6任一项所述的偏振调制结构。

8.如权利要求7所述的偏振测量系统，其特征在于，所述偏振测量系统中的器件及偏振光的偏振特性采用穆勒矩阵或斯托克斯向量表示。

9.如权利要求7或8所述的偏振测量系统，其特征在于，所述偏振测量系统为单旋转补偿器椭偏仪、双旋转补偿器椭偏仪或旋转补偿器斯托克斯偏振仪。