[发明专利]一种多功能Stokes-Mueller矩阵成像偏振仪的标定方法

说明书

本发明提供一种多功能Stokes‑Mueller矩阵成像偏振仪的标定方法，采用本征值标定法，能够实现对反射系统和透射系统以及系统各个元件的精确标定。本发明采用一次本征值标定法和分步本征值标定法分别对该系统进行标定，不仅实现了偏振仪的高精度测量，还完成了对系统中所有器件的单独标定，可以确定每个元件的误差大小，从而确定整个系统的误差链，最终提高仪器的测量精度。该标定方法操作简单、可行性强、标定精度高。

技术领域

本发明属于偏振像差检测技术领域，尤其涉及一种多功能Stokes-Mueller矩阵成像偏振仪的标定方法。

背景技术

Mueller矩阵成像偏振仪已广泛应用于光电子器件、量子光学、光通讯及生物医药科技等新型领域中。随着这些新型领域中样品测量尺寸越来越小以及测量结构装置越来越复杂，对Mueller矩阵成像偏振仪的精度要求也越来越高。而实现Mueller矩阵成像偏振仪高精度测量的关键在于如何对系统进行精确标定。

传统的Mueller矩阵偏振仪主要由偏振态产生器和偏振态分析器组成。通过调制偏振态产生器与偏振态分析器完成对样品偏振像差的测量。为了提高偏振像差的测量精度，需要对Mueller矩阵偏振仪进行标定。Mueller矩阵偏振仪的标定方法主要有傅里叶分析法、极大似然法和本征值标定法。其中，傅里叶分析法只考虑了Mueller矩阵偏振仪中5个主要误差源：偏振态产生器中1/4波片相位延迟量误差及其快轴方位角误差，偏振态分析器中1/4波片相位延迟量误差及其快轴方位角误差与偏振片透光轴的方位角误差，并没有考虑1/4波片和偏振片的透过率误差等其他误差，使得标定结果不精确；极大似然法和本征值标定法都需要用到至少2个标定样品，并且需要对每种标定样品进行至少16次测量，其中，极大似然法为了能够采用极大似然法进行数据处理，将偏振态产生器和偏振态分析器的仪器矩阵分别进行了参数化处理，在处理过程中有一些不合理性；现在主流的标定法为本征值标定法，通过标定偏振态产生器的仪器矩阵和和偏振态分析器的仪器矩阵完成Mueller矩阵偏振仪的标定。

申请号为201910989198.3的《一种多功能Stokes-Mueller成像及光谱探测系统和检测方法》专利中涉及一种多功能Stokes-Mueller矩阵成像偏振仪，该成像偏振仪涉及透射系统和反射系统，如图1所示，透射系统包括透射光源101、用于将来自光源的光束起偏为不同偏振态的偏振态产生器(PSG)102、用于将来自偏振态产生器产生的偏振光束照射到待测样品的聚光镜103、用于承载待测样品的样品台104、用于接收来自样品的成像光束的物镜105、用于对光束进行分离的分束镜106，用于对经过物镜的成像光束进行检偏的偏振态分析器(PSA)107、用于对检偏后的光束做成像的探测器108以及用于控制以上器件并对来自探测器的数据做处理的计算机；反射系统包括反射光源111、用于将来自光源的光束起偏为不同偏振态的PSG 112、用于将来自偏振态产生器产生的偏振光束照射到待测样品的聚光镜103、用于承载待测样品的样品台104、用于接收来自样品的成像光束的物镜105、用于对光束进行分离的分束镜106、用于对经过物镜的成像光束进行检偏的PSA107、用于对检偏后的光束做成像的探测器108以及用于控制以上器件并对来自探测器的数据做处理的计算机；对于透射系统，光源101出射的光经过偏振态102的起偏后，透过聚光镜103，照射到样品台104上的样品，样品透射处的光被物镜105收集，经过偏振态分析器107的检偏后，被探测器108接收。对于反射系统，光源111出射的光经过偏振态产生器112的起偏后，经过分束镜106的反射，透过物镜105照射到样品台104上的样品，样品反射的光被物镜105收集，透过分束镜106再经过偏振态分析器107的检偏后，被探测器108接收。但是对于反射系统的标定无法采用现有的本征值标定法实现，现有的本征值标定法都是针对Mueller矩阵偏振仪的标定，对于成像偏振仪的标定并没有完整的描述。成像偏振仪除了偏振态产生器和偏振态分析器偏振元件外还有聚光镜，准直镜，分束镜这些非偏振元件，也会引入测量误差，需要对其标定。

发明内容