[发明专利]一种完全非均匀偏振光的偏振均匀度度量方法、应用、装置、电子设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种完全非均匀偏振光的偏振均匀度度量方法、应用、装置、电子设备及存储介质，包括：输入完全非均匀偏振光束横截面的Stokes参量分布；将所述的Stokes参量分布通过计算对应在邦加球面上；通过空间三角形曲面拟合算法对所述邦加球面上的偏振态分布进行曲面拟合；计算得到拟合三角形曲面面积之和S_D；将S_D除以单位邦加球面总面积S₀，得到完全非均匀偏振光的偏振均匀度用以解决现有加权偏振度和均匀度无法定量区分不同种类的完全非均匀偏振光以及得到光束横截面中偏振态种类和含量问题，更无法为非均匀偏振光的应用提供有效指导。

技术领域

本发明涉及偏振态描述和完全非均匀偏振光等领域，尤其涉及一种完全非均匀偏振光的偏振均匀度度量方法、应用、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在研究光的偏振特性时，通常将光认为是均匀偏振光，即在光束横截面不同位置偏振态均相同。根据偏振度P的不同可将均匀偏振光分为：完全偏振光(P＝1)、部分偏振光(0P1)和完全非偏振光(P＝0)。其中根据电场矢量端点的轨迹可将完全偏振光分为线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。但是近年来，非均匀偏振光,即在光束横截面不同位置的偏振态不同，逐渐成为研究热点。非均匀偏振可分为部分非均匀偏振光(non-uniformlypartially polarized beams,NUPP Beams)和完全非均匀偏振光(non-uniformly totallypolarized beams,NUTP Beams)，前者表示光束横截面存在偏振态为部分偏振光的位置点，即偏振度P1，而后者表示光束横截面所有位置点偏振态均为完全偏振光，即偏振度P＝1。

早期的研究工作都集中在完全非均匀偏振光(NUTP Beams)的产生上，包括利用干涉、热应力以及空间光调制器等方案。随着研究的深入，NUTP Beams凭借着其光束横截面偏振态的不均匀性被广泛应用在诸多领域，如光镊、粒子操控、材料处理、显微镜、表面等离子体探测以及偏振测试仪等。因此，为了更好的对比不同NUTP Beams的特性，需要提出相应的度量方法，类似均匀偏振光中的偏振度。

基于Stokes矩阵和Mueller矩阵，有文献提出加权偏振度的概念，用来表征非均匀偏振光束横截面不同位置处偏振度的加权平均值，具体计算公式如下：

其中s_i(x,y),i＝1,2,3为Stokes参数分布，可由CCD相机测得，I(x,y)为光束横截面光强分布。当时，代表着光束横截面上各点偏振态存在部分偏振光，即为部分非均匀偏振光(NUPP Beams)；当时，代表着光束横截面上所有点偏振态均为完全偏振光，即为完全非均匀偏振光(NUTP Beams)；当时，代表着光束横截面上所有点偏振态均为完全非偏振光。

另外一种对非均匀偏振光的度量方法为均匀度定义为光束横截面各点偏振度相对于加权偏振度的离散程度，定义如下：

公式(1)表明体现了光束横截面各点偏振度的均匀程度，取值范围为[0,1/2],当时，代表着光束横截面各点均是完全偏振光。

加权偏振度用来衡量光束横截面各点偏振度的光强加权平均值，均匀度则用来衡量光束横截面各点偏振度的离散程度，上述两个指标仅能区分部分非均匀偏振光和完全非均匀偏振光，而完全非均匀偏振光中包含了很多种类，如螺旋偏振光SPBs，拉盖尔-高斯偏振光LGBs等，但和无法区分不同种类的完全非均匀偏振光，无法对不同种类完全非均匀偏振光进行定量分析，更无法直观地将光束横截面的偏振态分布(如线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光)及其含量多少表现出来。

为克服上述不足，本发明提出了偏振均匀度的概念，来定量分析与评测非均匀偏振光，尤其是完全非均匀偏振光的偏振具体状态。

发明内容