[发明专利]穆勒矩阵测量装置及其测量方法

说明书

本发明涉及一种穆勒矩阵的测量装置及其测量方法。穆勒矩阵的测量装置，包括起偏光路、检偏光路和传递光路，传递光路包括分光组件、第一透镜组、小孔光阑和平面反射镜。待测光学系统放置在传递光路中的小孔光阑和平面反射镜之间，并使得待测光学系统的焦点与第一透镜组的焦点重合，平面反射镜的口径大于待测光学系统的有效通光口径。穆勒矩阵的测量装置通过增加传递光路来实现对大口径、非平面的复杂光学系统偏振特性的测量。在该测量装置及其测量方法中，采用普通口径的偏振光学元件即可实现大口径复杂光学系统偏振特性的测量。本发明的自准直光路设计确保了光线均正入射到平面反射镜，减小了平面反射镜引入的测量误差，提高了测量精度。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种穆勒矩阵的测量装置及其测量方法。

背景技术

穆勒矩阵椭偏仪能够测量得到目标的穆勒矩阵。穆勒矩阵是一个4×4矩阵，它可以表征样本自身的全部偏振性质，包括二向衰减、相位延迟和退偏。近年来越来越多的研究人员通过测量样本的穆勒矩阵来获取薄膜的折射率和厚度、微纳结构的特征尺寸和光学常数、生物组织的散射特性等重要信息，使得穆勒矩阵椭偏仪广泛应用于通信光电子、光伏太阳能、光学薄膜、微纳器件、集成电路、生物组织等领域。

随着对地遥感、天文观测等水平的提高，望远镜的非理想偏振特性逐渐成为一个重要的系统误差源，限制了类地行星观测、太阳望远镜、空间目标探测、偏振激光雷达和偏振光谱遥感等技术领域的进一步发展。因此，上述应用中均迫切需要精确掌握望远镜的偏振特性。然而，望远镜的大口径和非平面光学系统属性大幅度增加了精确获取其穆勒矩阵的难度。

现有的穆勒矩阵椭偏仪中起偏臂和检偏臂关于待测样品轴线对称布置，起偏臂出射光经过待测目标后直接进入检偏臂，导致可检测的样品只能是平面。即便存在能够测量曲面的椭偏仪，但是其原理是通过减小起偏臂出射光斑的口径，以多次小口径平面检测的方式覆盖整个待测曲面样品，本质上依然属于平面测量。更重要的是，现有穆勒矩阵椭偏仪中待测样品的口径与起偏臂和检偏臂中偏振光学元件的口径相当。然而，目前技术条件下，高精度、大口径偏振光学元件很难制造，因此现有的穆勒矩阵椭偏仪均只能针对小口径的样品进行测量，无法实现大口径、复杂光学系统的偏振特性测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种穆勒矩阵的测量装置；本发明还提供了使用该穆勒矩阵的测量装置进行测量的方法，以解决现有技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种穆勒矩阵的测量装置，包括起偏光路和检偏光路，还包括位于所述起偏光路光束出射方向的传递光路；所述传递光路包括依次沿光路方向设置的分光组件、第一透镜组、位于所述第一透镜组焦点处的小孔光阑、平面反射镜；待测光学系统放置于所述小孔光阑和所述平面反射镜之间，所述待测光学系统的焦点与所述第一透镜组的焦点重合；所述起偏光路发出偏振态被调制的光束，经过所述分光组件分光，透射光束经第一透镜组汇聚于所述待测光学系统的焦点处，再经所述小孔光阑入射至所述待测光学系统，变为平行光束后经所述平面反射镜自准直反射，沿原光路返回，依次通过所述小孔光阑和第一透镜组后，经所述分光组件反射进入所述检偏光路，通过计算获得待测光学系统的穆勒矩阵。

进一步地，平面反射镜的口径大于待测光学系统的有效通光口径。

进一步地，所述小孔光阑的通光口径大于待测光学系统的艾利斑直径其中R、f和D分别为待测光学系统的艾利斑直径、有效焦距和有效通光口径，λ为有效光谱范围内的最大波长。

进一步地，所述分光组件包括分光面相互正交放置的第一分光棱镜和第二分光棱镜；经所述平面反射镜反射沿原光路返回的光束经所述第一分光棱镜反射折转至所述第二分光棱镜，再经所述第二分光棱镜的反射折转进入所述检偏光路。

进一步地，所述第一透镜组经消偏振处理，以降低所述第一透镜组对光束偏振态的改变。