[发明专利]一种穆勒矩阵测量系统及方法

说明书

本发明提出一种新的穆勒矩阵测量系统及方法，能够高效、准确地测量目标的Mueller矩阵。该测量系统包括：沿光路依次设置的光源系统、起偏系统、待测目标以及检偏系统和计算机处理系统；起偏系统包括沿入射光路依次设置的垂直线偏振片、第一液晶相位延迟器以及第二液晶相位延迟器，两个液晶相位延迟器的快轴与水平方向夹角分别为45°和90°；检偏系统为分孔径全偏振态同时探测的偏振相机，光源系统满足：最终经待测目标出射的偏振光覆盖所述偏振相机的全部光通道；计算机处理系统用于控制加载在两个液晶相位延迟器上的电压以实现入射在待测目标上光的偏振态的调制，并保存相机采集到的强度图，根据光强值计算穆勒矩阵。

技术领域

本发明属于偏振探测领域，涉及一种用于测量穆勒(Mueller)矩阵的系统和测量方法。

背景技术

Stokes矢量(S₀，S₁，S₂，S₃)^T作为一个一维向量用来描述光的偏振态。当一束用Stokes矢量描述的光照射在物体上时，物体的出射光(包括反射光和透射光)被调制，从而用一个新的Stokes矢量描述出射光的偏振特性，这种入射和出射Stokes矢量之间的变换关系叫做穆勒(Mueller)矩阵。Mueller矩阵是一个4×4的实数矩阵，Mueller矩阵中每个元素或者元素组都具有不同的实际意义，完整地表征了物体对出射光的调制特性，包括二向色性、相位延迟和散射退偏。因此，如何高效、准确地测量目标的Mueller矩阵在偏振成像检测方面显得至关重要。

Stokes矢量(S₀，S₁，S₂，S₃)^T由四个分量构成，各分量的表达式如下：

S₀表示总光强，即水平偏振分量和垂直偏振分量之和，S₁表示水平偏振分量和垂直偏振分量之差，S₂表示45°和135°偏振分量之差，S₃表示右旋圆偏振和左旋圆偏振分量之差。通过(1)中的四个分量，我们可以完整的描述一束光的偏振状态，包括部分偏振光。

Mueller矩阵的形式如下：

Mueller矩阵作为入射Stokes矢量和出射Stokes矢量之间的变换矩阵，满足下面的公式：

S_o＝MS_i

式中，S_i表示入射光的Stokes矢量；S_o表示出射光的Stokes矢量。