[发明专利]一种高精度分振幅同时偏振成像系统的制备方法

权利要求书

1.一种高精度分振幅同时偏振成像系统的制备方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)关键光学参数误差容限的计算：根据分振幅同时偏振成像系统原理、所需要达到的系统偏振测量精度、系统偏振度测量精度及系统椭圆度角测量精度，分析出分振幅同时偏振成像系统中各关键光学元器件对应的各关键光学参数的误差容限；(2)加工或装调系统：根据获取得到的各关键光学元器件对应的各关键光学参数的误差容限，加工或装调相应的关键光学元器件，从而得到满足系统偏振测量精度、系统偏振度测量精度及系统椭圆度角测量精度的高精度分振幅同时偏振成像系统；

所述步骤(1)关键光学参数误差容限的计算操作如下：

(1.1)分析获得分振幅同时偏振成像系统的测量矩阵、系统中所有关键光学参数以及所有关键光学参数的理论值；

通过分析分振幅同时偏振成像系统的偏振测量原理，可获得：分振幅同时偏振成像系统中对入射光起偏振调制作用的所有k个关键光学参数β₁,β₂,...,β_k对应的理论设计值α₁,α₂,...,α_k以及分振幅同时偏振成像系统的测量矩阵M(β₁,β₂,...,β_k)，其中测量矩阵M(β₁,β₂,...,β_k)为一个4行×4列的矩阵，并且测量矩阵M(β₁,β₂,...,β_k)中所有元素均是以关键光学参数β₁,β₂,...,β_k为变量的函数，α₁,α₂,...,α_k为已知的常数；

(1.2)分析获得系统中各关键光学参数对应的误差，以及各关键光学参数的真实值和系统的实际测量矩阵；

在分振幅同时偏振成像系统加工或装调过程中关键光学参数β₁,β₂,...,β_k存在的由加工或装调引起的误差依次为x₁,x₂,...,x_k，在误差容限分析过程中，x₁,x₂,...,x_k为未知变量；因此关键光学参数β₁,β₂,...,β_k的真实值依次为由此可得分振幅同时偏振成像系统的实际测量矩阵为

(1.3)由步骤(1.1)中关键光学参数β₁,β₂,...,β_k依次对应的理论设计值为可获得分振幅同时偏振成像系统的理论测量矩阵

(1.4)获取Q·N·U种偏振态已知的归一化的斯托克斯矢量

利用式(1)获取Q·N·U种偏振态已知的归一化的斯托克斯矢量其中斯托克斯矢量为4行×1列的向量，式(1)中P_q,χ_n,ψ_u分别为偏振度、椭圆度角和偏振角,式(1)中的Q、N、U均为已知的正整数；

(1.5)获取各斯托克斯矢量对应的光强度矢量；

将斯托克斯矢量依次作为入射光，经分振幅同时偏振成像系统调制后，由公式(2)可获得与步骤(1.4)中斯托克斯矢量依次对应的光强度矢量I_(q,n,u)(x₁,x₁,...,x_k)，其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；

(1.6)获取各斯托克斯矢量对应的估算光强度矢量；

对应入射光的光强度矢量I_(q,n,u)(x₁,x₁,...,x_k)结合理论测量矩阵M^t，由公式(3)可得到对应入射光的估算斯托克斯矢量其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；

(1.7)计算得到系统偏振测量精度precision_S(x₁,x₂,...,x_k)；

由对应入射光的估算斯托克斯矢量及步骤(1.4)中的斯托克斯矢量可得到对应入射光的系统偏振测量误差矢量其中为4行×1列的向量；将系统偏振测量误差矢量的四个分量作为四个系统偏振测量误差值，其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；因此可得到4·Q·N·U个系统偏振测量误差值，进而得到系统偏振测量精度precision_S(x₁,x₂,...,x_k)；

(1.8)计算得到入射光的估算偏振度；

由步骤(1.6)中对应入射光的估算斯托克斯矢量根据公式(4)，可计算出对应入射光的估算偏振度

分别为估算斯托克斯矢量的第一至第四分量，且q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；

(1.9)计算得到系统偏振度测量精度precision_P(x₁,x₂,...,x_k)；

由对应入射光的估算偏振度及步骤1.4中的偏振度P_q，可得到对应入射光的偏振度测量误差值其中q＝1,2,...,Q,n＝1,2,...,N,u＝1,2,...,U；因此可得到Q·N·U个系统偏振度测量误差值，进而得到系统偏振度测量精度precision_P(x₁,x₂,...,x_k)；

(1.10)计算得到系统椭圆度角测量精度precision_χ(x₁,x₂,...,x_k)；

由计算得到的估算椭圆度角与传入的入射光的椭圆度角差值，可获得由Q·N·U个系统椭圆度角测量误差值绝对值组成的集合A(x₁,x₁,...,x_k)，集合A(x₁,x₁,...,x_k)如式(5)所示，并由集合A(x₁,x₁,...,x_k)可得到系统椭圆度角测量精度precision_χ(x₁,x₂,...,x_k)；

(1.11)由系统偏振测量精度设计指标得到包含系统光学参数误差的不等式组；

系统偏振测量精度设计指标为：系统偏振测量精度需优于w₁，系统偏振度测量精度设计指标为：系统偏振度测量精度需优于w₂，系统椭圆度角测量精度设计指标为：系统椭圆度角测量精度需优于w₃，w₁,w₂,w₃均为已知常量；由步骤(1.7)中的系统偏振测量精度precision_S(x₁,x₂,...,x_k)需优于w₁，且由步骤(1.9)中的系统偏振度测量精度precision_P(x₁,x₂,...,x_k)需优于w₂，且由步骤(1.10)中的系统椭圆度角测量精度precision_χ(x₁,x₂,...,x_k)需优于w₃，可得到如式(6)的包含系统光学参数误差的不等式组；

(1.12)获取各关键光学参数的误差容限；

根据步骤(1.11)中的不等式组，利用穷举法算法及软件编程可计算出所有系统光学参数误差x₁,x₂,...,x_k各自对应的误差容限：x₁∈[c₁,d₁],x₂∈[c₂,d₂],...,x_k∈[c_k,d_k]；即当分振幅同时偏振成像系统的所有光学参数误差x₁,x₂,...,x_k满足：x₁∈[c₁,d₁],x₂∈[c₂,d₂],...,x_k∈[c_k,d_k]时，便可使式(6)的不等式组成立，由此完成分振幅同时偏振成像系统的系统偏振测量精度、系统偏振度测量精度和系统椭圆度角测量精度在均满足设计指标条件下的误差容限分析。