偏振光斯托克斯参量的分振幅测量系统的设计与实验研究

摘要

随着科技的发展，光偏振技术已经广泛应用于电子、材料、化工、生物和医药等领域。尤其在光纤通信中，偏振光已作为重要的信息调制载体。要深入研究偏振技术，就必须了解光束的偏振特性。光束的偏振特性是指光束的偏振态。描述光束偏振态的数学方法中最普遍方法是斯托克斯矢量法。在光纤通信中，对光纤中偏振光斯托克斯参量的求解，即是对加载数据的解调过程。如何能够实时，快速，准确地进行斯托克斯参量求解，是目前光纤通信领域重要研究课题之一。
　　 本论文首先概述了偏振光和斯托克斯矢量的基本知识，并且综述了目前国内外有关分振幅方法测量光束偏振态的研究现状与发展方向。
　　 其次，本论文阐述了偏振光的数学描述的四种方法：电矢量表示法、琼斯矢量表示法、斯托克斯矢量表示法和邦加球图示法。其中重点介绍了斯托克斯矢量表示法，以及光学元件的米勒矩阵，为系统的设计打下了理论基础。
　　 再次，本论文研究了偏振光斯托克斯参量的分振幅测量系统的设计方案，从理论上分析它的工作原理和改进措施，根据设计方案挑选了必要的光学元件，通过对组成光路的各主要元件进行数值计算分析和设计，使之达到光路设计的要求，对系统的光路完成了详细的设计，并设计了封装结构，完成了偏振态处理模块。然后，论文设计完成了偏振态检测模块，对偏振态处理模块输出的光进行光电转换，放大，计算等处理工作。
　　 最后，本论文搭建了偏振光斯托克斯参量的分振幅测量实验系统，并且对其进行主要的性能测试实验研究。实验结果表明，本论文所设计的偏振光斯托克斯参量的分振幅测量系统能够较好地达到设计的目标。