[发明专利]一种基于矢量光场调制与图像处理的光波偏振态检测方法

权利要求书

1.一种基于矢量光场调制与图像处理的光波偏振态检测方法，其特征在于，从左至右依次并排设置待测光源、四分之一波片、零级涡旋半波片、检偏器、相机和计算机，待测光源发出偏振态未知的光波经四分之一波片后入射至零级涡旋半波片，零级涡旋半波片将入射光转化为矢量偏振光场，此矢量偏振光场经检偏器检偏后形成亮暗呈楔形分布的图像并被相机采集，相机的输出端连接计算机，计算机对相机采集的光强图像进行处理，具体包括如下步骤：

第一步，实时监测光强图像亮区方位角；

第二步，调整四分之一波片的角度，使得图像亮区方位角为45°或135°或两者附近，记录当前四分之一波片的角度θ₁；

第三步，采集光强图像I₁并计算四分之一波片之后光波P、S分量的振幅比；

3.1采集并处理光强图像I₁，得到光强图像I₁的亮区方位角与亮暗区域对比度C₁，对比度C₁的定义为：

3.2计算四分之一波片之后光波P、S分量的振幅比；

利用图像处理得到的亮区方位角与亮暗区域对比度C₁计算四分之一波片之后光波P分量和S分量的振幅比τ₁：

第四步，调整四分之一波片的角度，使得图像亮区方位角为0°或90°或两者附近，记录当前四分之一波片的角度θ₂；

第五步，采集光强I₂并计算四分之一波片之后光波P、S分量的相位差；

5.1采集并处理光强图像I₂得到光强图像I₂亮区方位角与亮暗区域对比度C₂；

5.2计算四分之一波片之后光波P、S分量的相位差；

利用图像处理得到的亮区方位角与亮暗区域对比度C₂，计算四分之一波片之后光波P分量和S分量的相位差δ₂：

第六步，计算待测光波的偏振参数，得到光波的偏振态

待测光波的P、S分量的振幅比为τ，相位差为δ，则(τ,δ)与测量中得到的参量(θ₁,τ₁)和(θ₂,δ₂)关系确定为：

其中，(式4)中|()|表示求括号内复数的模；(式5)中arg()表示求括号内复数的辐角；i表示虚数单位；利用(式4)、(式5)与测量中得到的参量(θ₁,τ₁)和(θ₂,δ₂)计算出待测光波P、S分量的振幅比τ与相位差δ，进而得到待测光波的偏振态。