[发明专利]一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置

摘要

本发明提供一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，包括光谱滤光器，波片阵列，偏振片阵列和光强采集相机。太阳磁场是太阳活动爆发的驱动力和能量来源，而太阳偏振斯托克斯矢量测量是太阳磁场探测的唯一途径。本发明的一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的新型装置，采用微光学技术原理制作微波片阵列，在此基础上加工微偏振片阵列，并与光强采集相机光敏面贴合，仅需要一次曝光即可获取太阳偏振斯托克斯矢量信息。相对于传统装置，本发明装置结构紧凑，实时性强，无需精确调试和人为调制，光谱响应范围宽，成本低且可批量化生产，同时避免了相机不均匀响应、像差等因素引入的探测误差，并可方便扩展于其他应用领域。

主权项

1.一种可用于太阳偏振斯托克斯矢量实时测量的装置，其特征在于：该装置包括光谱滤光器(1‑1)、波片阵列(1‑2)、偏振片阵列(1‑3)和光强采集相机(1‑4)；其中，光谱滤光器(1‑1)位于波片阵列(1‑2)之前，将进入波片阵列(1‑2)的光限定在一定的光谱范围内；波片阵列(1‑2)利用同一波片在相邻的2×2四个单元内加工成不同相位延迟的波片组合，如此往复，最终形成阵列；偏振片阵列(1‑3)利用在相邻的2×2的四个单元内加工成不同偏振方向的偏振片组合，如此往复，最终形成阵列；波片阵列(1‑2)与偏振片阵列(1‑3)各单元尺寸相同，个数相对应；光强采集相机(1‑4)位于太阳望远镜系统焦平面上，分别记录通过阵列各单元的光强值，其与波片阵列(1‑2)、偏振片阵列(1‑3)贴合在一起，做成集成装置；该装置的数据处理过程如下所述：首先，定义待测太阳光的斯托克斯矢量为S＝[I Q U V]T；在相邻的2×2四个单元内波片与偏振片有四种不同组合方式，分别记为a,b,c,d，波片Muller矩阵分别为Mwa,Mwb,Mwc,Mwd，偏振片Muller矩阵为Mpa,Mpb,Mpc,Mpd，组合Muller矩阵分别为Ma,Mb,Mc,Md，其中：记a单元的Muller矩阵为：太阳光经过标记为a的波片与偏振片单元后，其出射光斯托克斯矢量为：然后，太阳光进入光强采集相机(4)，相机采集对应的光强值为：Ia＝a11I+a12Q+a13U+a14V   (3)已知偏振片的Muller矩阵为：其中，α为偏振片起偏角；波片的Muller矩阵为：其中，δ为波片产生的相位延迟，θ为波片快轴方向与坐标系X轴方向夹角；则：同理，相机分别采集2×2四个单元对应的光强值为：Ia,Ib,Ic,Id，有：通过该组光强值Ia,Ib,Ic,Id反演待测太阳光的斯托克斯矢量，其中：公式(5)存在唯一解的条件是：M矩阵满秩，即：rank(M)＝4   (10)在a,b,c,d四个单元中使α，δ，θ取不同的值，可使M矩阵满足公式(10)的条件。