由于传统的斯托克斯椭偏仪定标方法中入射光源的偏振效应、定标单元中光学元件的制造与装调误差都会降低仪器矩阵的定标精度,从而影响偏振态的测量精度。
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椭偏仪与偏振相位(九)- 传统的仪器偏振定标的误差
斯托克斯椭偏仪是一种高速测量光波偏振态的仪器,能够近似实时地测量出描述入射光波偏振态的全部斯托克斯参数。在太阳物理研究领域,人们就是通过斯托克斯椭偏仪测量太阳光斯托克斯偏振分量来实现太阳磁场的测量,然后根据塞曼分裂原理得到太阳磁场与被测偏振态的关系,进而研究黑子、耀斑及日冕物质抛射等与磁场有关的太阳活动现象的。随着太阳物理研究的日益深入,天文学家对太阳磁场望远镜的偏振测量精度提出了更高的要求,例如美国的先jin技术太阳望远镜(ATST)要求其达到5*10-4,我国在研的深空太阳望远镜(DSO)和巨型太阳望远镜(CGST)则要求达到2*10-4。斯托克斯椭偏仪作为太阳磁场望远镜的核心部件之一,其仪器矩阵的定标精度直接影响望远镜的偏振测量精度。因此,实现仪器矩阵的精确定标是提高太阳磁场望远镜偏振测量精度的必要条件。
传统的仪器矩阵定标方法主要有四点定标法和E-P定标法。它们都是将一组包含偏振片和1/4波片的偏振发生器(PSG)作为定标单元,产生4组或4组以上的偏振光直接入射斯托克斯椭偏仪进行仪器矩阵的定标。这些方法根据光源的不同,或者假设入射光为完全非偏振光(如氙灯、溴钨灯),或者假设入射光为完全线偏光(如激光),此时入射光的实际偏振效应将影响仪器矩阵的定标精度。此外,这些方法均假设定标单元中1/4波片的方位角和相位延迟是理想的。而在实际应用中,元件方位角和相位延迟的误差会降低仪器矩阵的精确定标。
鉴于传统定标方法的不足,我们提出了一种基于非线性zui小二乘数据拟合算法进行偏振定标的新方法。该方法将入射光的斯托克斯参数和定标单元中波片的方位角和相位延迟与仪器矩阵的所有矩阵元一起作为未知参数,根据偏振光学传输理论建立了探测光强与未知参数之间的函数关系式,设计非线性拟合方法拟合实际探测光强随定标装置方位角的变化曲线,进而得到斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵。该方法将传统方法的误差源作为未知参数随仪器矩阵一起由非线性zui小二乘拟合求解,有效避免了这些误差源引起的定标误差。
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