[发明专利]粗糙表面物质的穆勒琼斯矩阵估计及偏振噪声分析方法

说明书

本发明公开了一种粗糙表面物质的穆勒琼斯矩阵估计及偏振噪声分析方法，步骤：测试粗糙表面物质的穆勒矩阵；计算粗糙表面物质穆勒矩阵对应的相干矩阵的特征值并分析特征值；计算粗糙表面物质穆勒矩阵的退偏振系数；计算粗糙表面物质出射光斯托克斯矢量的平均偏振度；将穆勒矩阵和斯托克斯矢量同时分解，建立分解物理方程，进行穆勒琼斯矩阵的最优化估计，并对偏振噪声进行分析。

技术领域

本发明属于偏振技术领域，特别涉及了粗糙表面物质的穆勒矩阵分解方法。

背景技术

近年来，偏振技术在目标识别，物质分类，遥感，雷达技术，医学检测等领域的应用更加广泛。粗糙表面物质的退偏振研究是偏振研究的重点之一，退偏振与出射光的空间或时间相干性的缺失有关。很多光学元件的退偏振数值比较小，而金属，薄膜物质，自然界的物质其退偏振数值比较大，对于光学系统具有重要的影响。

粗糙表面物质退偏振的影响因素复杂，如穆勒矩阵的内部结构，表面散射，光学元件的加工缺陷，仪器的光谱分辨率，穆勒琼斯矩阵的非相干叠加等。当物质的穆勒矩阵为退偏振矩阵时，琼斯矩阵和穆勒矩阵就不能完全对应，求解琼斯矩阵就需要进行最佳估计或者近似。穆勒矩阵分解方法对于物质退偏振研究和实验数据解释分析是一种有效的研究方法。

穆勒矩阵分解方法有三种典型的方法，包括乘积分解法，微分分解法，求和分解法。当物质的退偏振效应较小时，几种分解方法的结果基本一致。当粗糙表面物质的退偏振效应较大时，不同分解方法的结果会有较大的区别，原因是因为计算偏振效应的方法不同。在常见的分解方法中缺少一种通用的分解方法，能够同时对于斯托克斯矢量和穆勒矩阵进行分解，以进行穆勒琼斯矩阵的最优化估计，并对于偏振噪声进行分析。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了粗糙表面物质的穆勒琼斯矩阵估计及偏振噪声分析方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种粗糙表面物质的穆勒琼斯矩阵估计及偏振噪声分析方法，包括以下步骤：

(1)测试粗糙表面物质的穆勒矩阵；

(2)计算粗糙表面物质穆勒矩阵对应的相干矩阵的特征值并分析特征值；

(3)计算粗糙表面物质穆勒矩阵的退偏振系数；

(4)计算粗糙表面物质出射光斯托克斯矢量的平均偏振度；

(5)将穆勒矩阵和斯托克斯矢量同时分解，建立分解物理方程，进行穆勒琼斯矩阵的最优化估计，并对偏振噪声进行分析。

进一步地，在步骤(1)中，采用穆勒偏振成像仪作为测试系统。

进一步地，在步骤(1)中，所述穆勒矩阵的表达式如下：

S'＝MS(ε,θ)

其中，S'为出射光的斯托克斯矢量，S(ε,θ)为入射光的斯托克斯矢量，ε和θ为椭圆偏振参数，M为粗糙表面物质的穆勒矩阵。

进一步地，在步骤(2)中，对特征值的分析包括物理可靠性分析，判断穆勒矩阵对应的相干矩阵的特征值是否准确，如果有特征值小于0，则表示穆勒矩阵的测量具有噪声和误差。

进一步地，在步骤(4)中，出射光斯托克斯矢量的偏振度计算式如下：

其中，p为出射光斯托克斯矢量的偏振度，S_j'为出射光斯托克斯矢量的第j个元素，j＝0,1,2,3；

出射光斯托克斯矢量的平均偏振度计算式如下：