橢偏儀與偏振相位（十二）-斯托克斯橢偏儀的偏振定標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

正文

橢偏儀與偏振相位（十二）-斯托克斯橢偏儀的偏振定標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

將非線性zui小二乘法擬合得到的入射光的Stokes參數(shù)S₁握础，S₂，波片1的初始方位角誤差和相位延遲δ作為已知量修正四點(diǎn)定標(biāo)法和E-P定標(biāo)法悴品。修正后測得的儀器矩陣如圖1所示禀综，3種方法的結(jié)果基本保持一致。由此表明苔严，非線性zui小二乘擬合方法在偏振定標(biāo)過程中有效地提高了測量精度定枷，避免了入射光源的偏振效應(yīng)、定標(biāo)單元中光學(xué)元件初始方位角和相位延遲誤差對測量精度的影響届氢。

圖1 修正后斯托克斯橢偏儀的儀器矩陣x定標(biāo)結(jié)果

采用反演的方式來估計(jì)儀器矩陣的準(zhǔn)確性欠窒，即通過測量各角度下的光強(qiáng)值，結(jié)合儀器矩陣反演出對應(yīng)角度的斯托克斯分量退子，將其與理論值進(jìn)行對比分析岖妄。測量方法為：將校準(zhǔn)單元中起偏器的方位角固定為0°，以10°為步長寂祥，從0°到360°旋轉(zhuǎn)波片荐虐，由此產(chǎn)生37個(gè)不同的偏振態(tài)，同時(shí)用斯托克斯橢偏儀對上述的偏振態(tài)進(jìn)行測量得到I丸凭；然后用定標(biāo)得到的儀器矩陣X和I帶入式S=X^-1I福扬，求得波片對應(yīng)角度下4個(gè)斯托克斯分量的實(shí)驗(yàn)值。定義斯托克斯參數(shù)測量值與理論值之間的平均偏差為：

式中：S_ij為斯托克斯參數(shù)的測量值贮乳，S'_ij為理論值。

定義斯托克斯參數(shù)的總均方根(RMS)偏差為：

圖2為中心波長為532．4nm處3種方法斯托克斯參量實(shí)驗(yàn)值與理論值的對比恬惯。ΔS的測量結(jié)果如圖3所示向拆。由圖可知，當(dāng)波長為500～600nm時(shí)酪耳，非線性zui小二乘擬合方法獲得的斯托克斯參數(shù)的總均方根(RMS)偏差約為1.6%浓恳，較傳統(tǒng)定標(biāo)方法(四點(diǎn)定標(biāo)法和E—P定標(biāo)法的RMS約為2.1%)提高約0.5%刹缝；波長大于600nm時(shí)，系統(tǒng)信噪比的降低使得新方法的測量精度降為2.4%颈将，但由于波片1的相位延遲遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離90梢夯。(見圖4)，這使傳統(tǒng)測量的誤差顯著增大晴圾，遠(yuǎn)大于非線性zui小二乘擬合方法的測量誤差颂砸。

圖2 波長為532．4nm處3種方法斯托克斯參量實(shí)驗(yàn)值與理論值的對比

圖3 斯托克斯參量的總均方根偏差

本文提出了儀器矩陣的非線性zui小二乘擬合偏振定標(biāo)方法，理論上設(shè)計(jì)了該方法的定標(biāo)原理死姚，建立了對應(yīng)的定標(biāo)系統(tǒng)人乓，對KD*P型斯托克斯橢偏儀進(jìn)行了定標(biāo)，并與傳統(tǒng)的四點(diǎn)定標(biāo)和E-P定標(biāo)的結(jié)果進(jìn)行了對比和分析都毒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在波長500～600nm處色罚，新方法獲得的斯托克斯參數(shù)的總均方根(RMS)偏差為1.6%，較傳統(tǒng)定標(biāo)方法提高約0.5%账劲；在波長大于600nm時(shí)戳护，非線性zui小乘法的測量精度降為2.4%，但仍然遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法的測量精度瀑焦。

非線性zui小二乘擬合定標(biāo)方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法中入射光的偏振效應(yīng)及波片的快軸方位角和相位延遲誤差引起的測量誤差腌且，提高了測量精度。該方法測量簡單便捷蝠猬，適用于各種斯托克斯橢偏儀的儀器矩陣定標(biāo)切蟋。

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