[发明专利]高分辨-高精度Stokes-Mueller成像仪及其校准方法

说明书

本发明提供高分辨‑高精度Mueller成像仪及其校准方法，其中成像仪的偏振态产生器包括偏振器P1以及在垂直于光轴平面内可绕光轴旋转的波片R1；偏振器P1由两块格兰‑激光棱镜组合而成，偏振器P1中两个格兰‑激光棱镜的透光轴重合，但反射面方位相反；成像仪的偏振态分析器包括偏振器P2以及在垂直于光轴平面内可绕光轴旋转的波片R2；所述偏振器P2由两块格兰‑激光棱镜组合而成，偏振器P2中两个格兰‑激光棱镜的透光轴重合，但反射面方位相反。

技术领域

本发明属于成像系统设计和校准技术领域，特别涉及一种高分辨-高精度Mueller成像仪及其校准方法。

背景技术

Stokes-Mueller成像仪能获取偏振光的Stokes矢量和被测目标的Mueller矩阵，Mueller矩阵包含了目标全部的偏振信息，反映出目标的结构信息。利用Stokes-Mueller成像仪观测各类样品的结构被广泛应用于各个领域。系统合理的设计和精确的标定对于获取目标更准确的Stokes矢量和Mueller矩阵，提高仪器的测量精度具有重要的意义。

利用全反射原理的偏振器如格兰棱镜，由于工艺、材料和工作原理限制，其视场角被限制在一定的范围内。Stokes-Mueller成像仪的光源模块中包含柯勒照明系统，物镜模块包含高NA物镜，二者都会使经过偏振态产生模块和偏振态分析模块的光线角度会大大超出偏振器的视场角要求，导致起偏和检偏能力下降。

本征值标定是Stokes-Mueller成像仪合适的标定方法。但对于工作距离低于定标元件厚度与载玻片厚度之差的物镜而言，要把定标元件放入光路中，需移动物镜，导致校准和实际测量时光路不一致，透过偏振态分析器的光线角度发生变化后，其表现出来的偏振特性也会不同，校准得到的仪器矩阵并非实际测量时的仪器矩阵。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种Mueller成像仪及其校准方法，该成像仪能够提高系统的损伤阈值，校准方法能提高测量精度。

实现本发明的技术方案如下：

一种高精度-高分辨Stokes-Mueller成像仪，包括光源、偏振态产生器、聚光镜、载物台、物镜、偏振态分析器、探测器及数据处理模块；光源出射的光经过偏振态产生器调制后，透过聚光镜，照射到载物台的样品上，样品透射出的光被物镜收集，经过偏振态分析器的调制后，被探测器接收后发送给数据处理模块；

偏振态产生器包括偏振器P1以及在垂直于光轴平面内可绕光轴旋转的波片R1；所述偏振器P1由两块格兰-激光棱镜组合而成，偏振器P1中两个格兰-激光棱镜的透光轴重合，但反射面方位相反；所述偏振态分析器包括偏振器P2以及在垂直于光轴平面内可绕光轴旋转的波片R2；所述偏振器P2由两块格兰-激光棱镜组合而成，偏振器P2中两个格兰-激光棱镜的透光轴重合，但反射面方位相反。

进一步地，本发明所述偏振态产生器由两块反射面方位角相差180°的格兰棱镜和可旋转的波片三部分组成；偏振态分析器由可旋转的波片和两块反射面方位角相差180°的格兰棱镜组成。

进一步地，本发明还包括集光镜和结像镜，所述集光镜设置于光源和偏振态产生器之间，所述结像镜设置在偏振态分析器和探测器之间。

一种高精度-高分辨Stokes-Mueller成像仪的校准方法，具体包含以下步骤：

把薄膜偏振器与一片载玻片贴合在一起形成薄膜偏振器-载玻片组合，将薄膜延迟器和一片载玻片贴合在一起形成薄膜延迟器-载玻片组合，作为定标元件使用；

分别对把单独的载玻片(即空气-载玻片组合)、薄膜偏振器-载玻片组合、薄膜延迟器-载玻片组合分别作为定标元件进行Mueller成像；

将上述标定元件放置在成像仪的不同的位置，利用标定元件Mueller成像的灰度值，转化成与像面辐照度线性相关的值，利用所述转化后的值，计算成像仪中的每一器件的Mueller矩阵，实现成像仪的校准。