[发明专利]基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置和方法

权利要求书

1.一种基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置，包括：激光器、用于将激光器出射光束变为不同线偏振态的第一线偏振片、用于将线偏振光束转换为偏振光束的偏振器件、用于将偏振光束在空间上分成相同四束的达曼光栅、用于将四束光变成准直光束的第一透镜、用于对四束光进行调制的第一半波片、第二半波片、第三半波片和四分之一波片、用于安装波片的波片载具、用于对四束光进行缩束和准直的第二透镜和第三透镜、用于对四束光进行检偏的第二线偏振片以及用于对检偏后的四束光进行成像的CCD相机；其特征在于，

所述的第一半波片的快轴为0°，所述的第二半波片的快轴为22.5°，所述的第三半波片的快轴为45°，所述的四分之一波片的快轴为45°，所述的第二线偏振片的透光轴角度为0°。

2.根据权利要求1所述的基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置，其特征在于，所述的第一线偏振片和偏振器件可绕光轴旋转，使激光的出射光束通过所述的第一线偏振片和偏振器件后生成不同模式的偏振光束。

3.根据权利要求1所述的基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置，其特征在于，所述的偏振器件为涡旋半波片。

4.根据权利要求1所述的基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置，其特征在于，所述的达曼光栅为偏振无关的光栅，可以将入射光束按特定的分离角分成与入射光偏振特性相同的四束光。

5.根据权利要求1所述的基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置，其特征在于，所述的第一透镜用于对光束进行准直，达曼光栅放置于第一透镜的焦平面上。

6.根据权利要求1所述的基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置，其特征在于，所述的波片载具包含四个通光孔，四个通光孔分别用来装载所述的第一半波片、第二半波片、第三半波片和四分之一波片，波片载具的不透光部分可以阻挡达曼光栅的零级衍射光，从而起到滤波作用。

7.根据权利要求1所述的基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量装置，其特征在于，所述的CCD相机用于采集光强分布。

8.一种基于达曼光栅的全光场斯托克斯参数测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1)构建权利要求1所述的测量光路，激光器的出射光束经第一线偏振片和偏振器件后生成偏振光束；

步骤2)所述的偏振光束垂直照射达曼光栅后被分成相同的四束偏振光束，经第一透镜准直后，分别经第一半波片、第二半波片、第三半波片和四分之一波片调制后，用斯托克斯参数表示为：

其中，S_A为经第一半波片调制后的第一光束，S_B为经第二半波片调制后的第二光束，S_C为经第三半波片调制后的第三光束，S_D为经四分之一波片调制后的第四束光，S₀表示偏振光束总光强，S₁表示偏振光束的水平方向光强和竖直方向光强之差，S₂表示偏振光束的+45°方向光强和-45°方向光强之差，S₃表示偏振光束的右旋偏振光强和左旋偏振光强之差；

步骤3)四束光经第二透镜和第三透镜缩束和准直后，垂直通过透光轴角度为0°的第二线偏振片，由CCD相机采集并记录的四束光的强度分别为I_A、I_B、I_C和I_D：

步骤4)计算偏振光束的斯托克斯参数S₀、S₁、S₂和S₃，公式如下：

S₀＝I_A+I_C，S₁＝I_A-I_C，S₂＝2I_B-(I_A+I_C)，S₃＝I_A+I_C-2I_D；

步骤5)重建偏振光束的全场偏振分布，公式如下：

其中ψ(0≤ψ≤π)，分别是偏振光束中某点的偏振椭圆的方位角和椭偏率。