斯托克斯参量二维分布测量系统研究

摘要

偏振是光波的一个重要性质，在材料科学、光学、生物医学及天文学等领域中，光偏振态的测量具有十分重要的意义。偏振测量从基本原理上分为分振幅与偏光调制两种方法。其中，分振幅法将入射光分为多个光学支路同时探测，并近实时地测量出描述待测光偏振态的全部斯托克斯参数。它具有测量速度快、结构紧凑、无须旋转光学元件和操作方便等优点。在过去的几年里，国外研究人员在光偏振态二维分布测量技术这个领域里做了大量工作，研制出了多种基于偏光调制法的偏振态二维分布测量系统，但对基于分振幅法的偏振态二维测量技术的研究甚少；在国内，对偏振态二维分布测量技术的研究还处于起步阶段。本文对分振幅光偏振态二维分布测量技术做了如下研究工作：
　　（1）研制了基于分振幅法的偏振态二维分布测量系统。设计了光学系统；搭建了用于 Stokes参数测量的4-CCD图像采集系统，编写了基于 MultiCam的图像采集处理程序，实现了四路视频信号的采集、传输、实时处理与显示。
　　（2）4-CCD图像自动配准算法的研究。在偏振态测量过程中，仪器矩阵定标和Stokes矩阵运算，需要将4-CCD采集的图像配准。在分析了目前常用的各种图像配准方法优缺点的基础上，根据 Stokes参数测量图像的特点，提出了一种基于图像边缘的最小二乘圆拟合图像配准算法。实验表明，本算法实现简单，配准精度较高，效果令人满意。
　　（3）光偏振态二维分布测量装置的实验验证。首先，采用 Equator-Poles定标法，获得了测量系统的仪器矩阵。然后，利用偏振态发生器产生一系列已知偏振态的偏振光进行测试。测试结果表明，在工作波长632.8nm时，斯托克斯参数的测量值与理论值的平均偏差小于6％。详细地分析了产生偏差的主要原因。
　　偏振态二维分布测量技术是当前研究的热点，本文的工作对于分振幅法偏振态二维分布测量技术的实现及数据处理的研究，具有一定的参考价值。

目录

斯托克斯参量二维分布测量系统研究

Research on measurement system for the 2D distribution of Stokes parameters

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及目的

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容

第2章 测量原理与系统结构

2.1 引言

2.2 偏振光学基本理论

2.3 Stokes参量二维分布的测量原理

2.4 仪器矩阵的定标理论

2.5 系统结构

2.6 本章小结

第3章 用于Stokes参数测量的4-CCD图像采集系统

3.1 引言

3.2 图像采集系统硬件

3.3 图像采集系统软件

3.4 本章小结

第4章 基于边缘的图像配准算法设计

4.1 引言

4.2 图像配准算法介绍

4.3 基于图像边缘的最小二乘圆拟合配准算法

4.4 实验结果与分析

4.5 实验软件

4.6 本章小结

第5章 实验结果及分析

5.1 引言

5.2 斯托克斯参量测量实验系统

5.3 单点测量系统的测试结果

5.4 二维测量系统的测试结果

5.5 误差分析及系统优化方案

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢