基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于偏振测量技术领域，具体涉及一种基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪 误差标定和补偿方法。
【背景技术】
[0002] 斯托克斯参量（Stokes vector)是描述光束偏振态的一种表征方法。斯托克斯偏 振仪（Stokes polarimeter)可以准确测量入射光束的斯托克斯参量，已广泛应用于高分辨 光刻、生物医学和远程遥感等领域。在光刻系统中，基于光调制法的偏振检测技术应用最为 广泛，可准确测量照明光束和成像光束的偏振态分布，以及投影物镜的偏振像差。旋转波片 法是基于光调制法测量入射光束斯托克斯参量的一种测量方法。基于旋转波片法的偏振测 量仪通常由可旋转的四分之一波片、固定的检偏器和光电探测器构成。四分之一波片的快 轴方位角误差、相位延迟量误差和检偏器的透光轴方位角误差是影响斯托克斯偏振仪测量 精度的主要因素。因此，需要对斯托克斯偏振仪进行误差标定和补偿，以提高其测量精度。
[0003] 目前，国内外学者已研宄出四点标定法和Equator-Poles标定法，来实现斯托 克斯偏振仪的标定。上述两种方法均需要利用偏振态产生器PSG(Polarization State Generator)产生不少于4种线性无关的标准参考光，并且需要对每种参考偏振光进行至少 4次测量，标定过程复杂，且只能求出斯托克斯偏振仪的仪器矩阵，不能计算出各个误差源 的大小。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是研宄斯托克斯偏振仪的参数误差与入射光束斯托克斯参量之间 的关系，提出一种基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法，该方法以水平 线偏振光作为标准参考光，并对其进行测量，计算得到四分之一波片的参数误差，进而实现 对斯托克斯偏振仪的误差补偿。该方法操作简单、可行性强、标定精度高。
[0005] 实现本发明的技术方案如下。
[0006] 一种基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法，具体步骤为：
[0007] 步骤101、利用偏振态产生器PSG产生水平线偏振光，作为标准参考光；
[0008] 步骤102、利用待标定的斯托克斯偏振仪对标准参考光进行N次测量（N大于等于 4)，获得N个光强值；
[0009] 步骤103、对获得的N个光强值进行傅里叶分析，得到相应的各项傅里叶系数； [0010] 步骤104、利用器件参数误差与各项傅里叶系数之间的关系式，根据所述各项傅里 叶系数计算出四分之一波片的快轴方位角误差和相位延迟量误差；
[0011] 步骤105、利用斯托克斯参量与参数误差之间的关系式，根据四分之一波片的两项 参数误差，实现对斯托克斯偏振仪的误差补偿。
[0012] 进一步地，本发明所述器件参数误差与各项傅里叶系数之间的关系式为：
【主权项】
1. 一种基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法，其特征在于，具体步 骤为： 步骤101、利用偏振态产生器PSG产生水平线偏振光，作为标准参考光； 步骤102、利用待标定的斯托克斯偏振仪对标准参考光进行N次测量，获得N个光强 值； 步骤103、对获得的N个光强值进行傅里叶分析，得到相应的各项傅里叶系数； 步骤104、利用器件参数误差与各项傅里叶系数之间的关系式，根据所述各项傅里叶系 数计算出四分之一波片的快轴方位角误差和相位延迟量误差； 步骤105、利用斯托克斯参量与参数误差之间的关系式，根据四分之一波片的两项参数 误差，实现对斯托克斯偏振仪的误差补偿。
2. 根据权利要求1所述基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法，其特 征在于，所述器件参数误差与各项傅里叶系数之间的关系式为：
b4= _2 ε i (1+ ε 2) cos2 ε i 其中，h为四分之一波片的快轴方位角误差，ε 2为相位延迟量误差； A = [a0 a2 a4 b2 !^表示傅里叶系数。
3. 根据权利要求1或2所述基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法， 其特征在于，所述斯托克斯参量与参数误差之间的关系式为：
其中，S = [SQ S1 S2 S3]1表示斯托克斯参量。
4. 根据权利要求1所述基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法，其特 征在于，所述N次测量为：旋转斯托克斯偏振仪中的四分之一波片，使其快轴从0°开始旋 转，方位角每次增加180° /N，每个方位角下由光电探测器测量得到光强值，共测得N个光 强值。
5.根据权利要求1或4所述基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法， 其特征在于，所述N大于等于4。
【专利摘要】本发明提供一种基于旋转波片法的斯托克斯偏振仪误差标定和补偿方法，具体步骤为：利用偏振态产生器PSG产生水平线偏振光，作为标准参考光；利用待标定的斯托克斯偏振仪对标准参考光进行N次测量，获得N个光强值；对获得的N个光强值进行傅里叶分析，得到相应的各项傅里叶系数；利用器件参数误差与各项傅里叶系数之间的关系式，根据所述各项傅里叶系数计算出四分之一波片的快轴方位角误差和相位延迟量误差；利用斯托克斯参量与参数误差之间的关系式，根据四分之一波片的两项参数误差，实现对斯托克斯偏振仪的误差补偿。该方法操作简单、可行性强、标定精度高。
【IPC分类】G01J4-04, G06F19-00, G01N21-21
【公开号】CN104535192
【申请号】CN201510011686
【发明人】李艳秋, 张雪冰
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月9日