起偏器与检偏器配置优化方法及起偏检偏系统

1.本发明涉及偏振光学成像技术领域，特别是涉及一种起偏器与检偏器配置优化方法及起偏检偏系统。


背景技术：

2.偏振成像技术具有非侵入、无损伤、在体原位、数据量大等优点，广泛应用于生物医学、海洋科学、大气遥感等领域。根据最终获得偏振信息形式的不同，偏振成像可以分为斯托克斯向量测量和缪勒矩阵测量。斯托克斯向量主要用于描述光的偏振特性，而缪勒矩阵则是表征样本的偏振特征，并可通过缪勒矩阵进一步提取出介质的微观结构信息，这也是偏振测量相比于传统的光学测量最大的优势所在。
3.在进行缪勒矩阵测量时，需要对入射光进行偏振调制，同时对出射光进行偏振属性的检测，从而获悉样本对光的偏振特性产生了何种影响与改变。通过多次调制与检测，就可以获得样本完备的偏振特性，亦即样本的缪勒矩阵。在这个过程中，调制入射光偏振态的器件被称为起偏器(psg)，而对光的偏振属性进行检测的器件称为检偏器(psa)。起偏器与检偏器的结构类似，其核心都是对光的偏振态进行调制，起偏器是将自然光调制为特定偏振态的偏振光；检偏器是将入射偏振光反向调制，从而得到该入射偏振光在某一特定偏振态分量上的大小，并通过计算得到光的偏振属性。
4.斯托克斯矢量是一种描述光的偏振属性的一种方法，其表示为s＝[s
0 s
1 s
2 s3]
t
，是一个四维向量，s0表示光的强度；s1＝i
0-i
90
，是光在0度偏振方向的光强分量和90度偏振方向的光强分量之差；s2＝i
45-i
135
，是光在45度偏振方向的光强分量和135度偏振方向的光强分量之差；s4＝i
r-i
l
，是光在右旋偏振方向的光强分量和左旋偏振方向的光强分量之差。通常情况下，我们只关心光的偏振属性，因此对s0进行归一化处理，即s0＝1，其余三个分量也按相同比例进行归一化处理。
[0005]
邦加球是用来图形化描述偏振态斯托克斯矢量的一个单位球，任何一种偏振态都可以映射到邦加球上的一点，将斯托克斯矢量的s1、s2、s3分别作为x、y、z坐标绘制在笛卡尔坐标系中，即为该斯托克斯矢量的邦加球表示。
[0006]
而缪勒矩阵是一个变换矩阵，体现一束光的斯托克斯矢量在散射前后发生的变化，及
[0007]sout
＝m
×sin
[0008]
式中，s
out
是出射光的斯托克斯矢量，s
in
是入射光的斯托克斯矢量，m是缪勒矩阵，是一个4
×
4的矩阵。由于ccd(电荷耦合器件)无法接受到偏振信息，仅能接收到光强信息。因此在实际测量中，需要进行至少四次互相独立的起偏及检偏。起偏即为用一束已知偏振态的偏振光入射，检偏即为通过测量计算得到出射光的偏振态s
out
。由于斯托克斯矢量有四个分量，检偏时需要至少测量四个投影分量的光强大小，才能得到一束光的斯托克斯矢量。这样通过测量多种不同偏振态的偏振光照明后的出射偏振态，即可计算出斯托克斯矢量的变化矩阵，即缪勒矩阵。
[0009]
目前偏振调制主要通过一个偏振片，再加一个或一系列相位延迟器件实现的，借助相位延迟器件不同的快轴角以及相位延迟大小之间的彼此配合得到多个不同偏振态。因此需要首先对快轴角及相位延迟对偏振态的影响进行说明，一个相位延迟器件的缪勒矩阵m
δ,θ
为：
[0010][0011]
其中δ为线性相位延迟，θ为快轴角方向。
[0012]
假设此时入射光的偏振态为s
in
＝[1 s
1 s
2 s3]
t
，其中t表示矩阵的转置，即任意的完全偏振光时，出射光的偏振态可用公式s
out
＝s
in
×mδ,θ
表示。这样在同一确定的入射光(通常为线偏振片产生的0度线偏振光)从一相位延迟器出射时，我们可以得到一个确定的偏振态，通过改变相位延迟器件的快轴角θ或相位延迟δ，出射偏振态也会发生相应的改变。这样通过多次改变相位延迟器件，就可以得到多个不同且已知的偏振态，组成起偏器的仪器矩阵w或检偏器的仪器矩阵a。
[0013]
相位延迟器件又可分为固定相位延迟(通过旋转改变快轴角的波片)以及电控式起偏元件(相位延迟可变的)。前者的主要优势在于精度高，缺点则是有运动部件，需要旋转电机带动波片旋转才能实现多种不同偏振态的调制，因而调制速度受电机速度影响，往往比较耗时。而后者主要有液晶相位延迟器(lcvr)、电光相位延迟器(eo)及光弹调制器(pem)等通过改变施加在其两端的电压从而改变相位延迟的器件。其主要优势在于响应速度快，可达到毫秒量级。但因环境温度或电压波动等会造成一定的系统误差，且成本较高。此外，由于电控式起偏元件需要线缆进行控制，往往也不适合配合电机转动，因此其快轴角在测量中是无法自由旋转的。
[0014]
为了使缪勒矩阵的测量更为精确，抑制噪声表现，可以对起偏器及检偏器进行设计与优化。


技术实现要素：

[0015]
为了弥补上述背景技术的不足，本发明提出一种起偏器与检偏器配置优化方法及起偏检偏系统，以解决缪勒矩阵测量中精度有限、无法很好地抑制噪声的问题。
[0016]
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0017]
本发明公开了一种起偏器与检偏器配置优化方法，包括如下步骤：
[0018]
调整起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a，使起偏器和检偏器仪器矩阵的等权重方差ewv最小，以实现针对高斯噪声的优化；且
[0019]
起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，使泊松噪声所引起的估计方差独立于样本，且估计方差达到最小值。
[0020]
在一些实施例中，还可能包括以下技术方案：
[0021]
配置测量系统的起偏器以及检偏器，使其偏振态两两正交；随后搜索起偏器和检偏器仪器矩阵的最小等权重方差ewv；当起偏器和检偏器的仪器矩阵同时满足行和为0及最小ewv条件时，得到最优配置。
[0022]
当起偏器和检偏器分别为一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片时，使起偏器和检偏器偏振态两两正交的配置条件满足以下关系：
[0023][0024]
式中，θ
p
为第一次测量配置的偏振片透光轴方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p
'为第二次测量配置的偏振片透光轴方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向；所述方法通过偏振片调整起偏的主通光方向，再通过1/4波片实现特定偏振态的调制。
[0025]
当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片时，使起偏器和检偏器偏振态两两正交的配置条件满足以下关系：
[0026][0027]
式中，θh为第一次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θh'为第二次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向；
[0028]
所述方法的线偏振光方向的调制从单偏振片调制变成了固定偏振片加一个1/2波片，能够避免入射光不是理想的自然光时，转动偏振片导致的不同方向的线偏振光光强不一致的情况。
[0029]
当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件时，使起偏器和检偏器偏振态两两正交的配置条件满足以下关系：
[0030][0031][0032]
式中，δ
f1
是第一次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f1
是其快轴角，δ
f2
是第一次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f2
是其快轴角，δ
f1
′
是第二次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
′
是第二次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟。所述方法首先通过第一个全波延迟相位调制器件对偏振态在邦加球上的s1os3平面的圆上调制，随后借助第二个全波延迟相位调制器件得到目标偏振态。
[0033]
当起偏器和检偏器分别为一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片时，使起偏器和检偏器仪器最优的四点测量配置满足以下关系：
[0034][0035]
[0036][0037]
式中，θ
p
为第一次测量配置的偏振片透光轴方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p
'为第二次测量配置的偏振片透光轴方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p”为第三次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r”为第三次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p”'为第四次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r”'为第四次测量配置的1/4波片快轴角方向。
[0038]
当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片时，使起偏器和检偏器最优的四点测量配置满足以下关系：
[0039][0040][0041][0042]
式中，θh为第一次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θh'为第二次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h”为第三次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r”为第三次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h”'为第四次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r”'为第四次测量配置的1/4波片快轴角方向。
[0043]
当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件时，使起偏器和检偏器最优的四点测量配置满足以下关系：
[0044][0045][0046][0047][0048]
式中，δ
f1
是第一次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f1
是其快轴角，δ
f2
是第一次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f2
是其快轴角，δ
f1
′
是第二次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
′
是第二次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f1
″
是第三次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
″
是第三次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f1
″′
是第四次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
″′
是第四
次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟。
[0049]
当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片，两个半波延迟相位调制器件时，使起偏器和检偏器最优的四点测量配置满足以下关系：
[0050][0051][0052][0053][0054]
式中，δ
h1
、δ
h2
分别为第一次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，θ
h1
、θ
h2
则分别为其快轴角,δ
h1
′
、δ
h2
′
分别为第二次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，δ
h1
″
、δ
h2
″
分别为第三次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，δ
h1
″′
、δ
h2
″′
分别为第四次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟。
[0055]
进一步地，用实际配置表示的偏振态组成一个仪器矩阵，并利用遗传算法或类似的寻优算法对该仪器矩阵进行最小ewv优化，即，对每一组设置一个变量，并根据该变量得到一组中剩余的能够由该变量明确表示的偏振态；之后，这些偏振态将组成一个有数个未知变量的仪器矩阵；通过遗传算法对仪器矩阵进行最小ewv寻优，即可计算出当这数个未知变量为何值时，仪器矩阵的ewv能达到最小值。
[0056]
进一步地，起偏器和检偏器均满足全偏振态的调制。
[0057]
本发明还公开了一种起偏检偏系统，包括一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片，配置如下：
[0058]
[0059]
，该配置满足起偏器和检偏器的仪器矩阵w与a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。
[0060]
本发明还公开了一种起偏检偏系统，包括一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片，配置如下：
[0061][0062][0063]
，该配置满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。
[0064]
本发明还公开了一种起偏检偏系统，包括一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件，配置如下：
[0065][0066][0067]
，该配置满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。
[0068]
本发明还公开了一种起偏检偏系统，包括一个固定偏振片及两个半波延迟相位调制器件，配置如下：
[0069][0070]
，该配置满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。
[0071]
本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明提供的起偏器与检偏器配置优化方法，通过调整起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a，使起偏器和检偏器仪器矩阵的等权重方差ewv最小，以实现针对高斯噪声的优化，且起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，使泊松噪声所引起的估计方差独立于样本，且估计方差达到最小值，从而实现最大程度地抑制噪声，并使噪声的规律与样本独立，无论测量何种样本，噪声的分布规律都是相同的。
[0072]
在一些实施例中，本发明将测量配置与高斯-泊松混合噪声的优化相结合，通过采用多种不同器件下的起偏器及检偏器的最优测量配置，使起偏器和检偏器仪器矩阵的等权重方差ewv最小，进一步提升偏振测量，特别是缪勒矩阵测量中的性能精度，实现将缪勒矩阵测量中的误差传递影响降至最小，且使得泊松噪声表现与样本无关。同时，本方法具备普适性，可以对各种不同结构的测量系统进行优化。
附图说明
[0073]
图1a至1b为本发明实施例中的旋转式相位延迟器件形成的一组正交偏振态图。
[0074]
图2a至2b为本发明实施例中的相位可变延迟器件形成的一组正交偏振态图。
[0075]
图3为本发明实施例中的一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片的仪器示意图。
[0076]
图4为本发明实施例中的一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片的仪器示意图。
[0077]
图5为本发明实施例中的一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件的仪器示意图。
[0078]
图6为本发明实施例中的一个固定偏振片及两个半波延迟相位调制器件的仪器示
意图。
[0079]
图7a至7b为本发明实施例中的一个固定偏振片及两个半波延迟相位调制器件的仪器下可调制出的所有偏振态及最优的四点测量框架图。
[0080]
图8为本发明实施例的起偏器与检偏器配置优化方法流程图。
具体实施方式
[0081]
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0082]
需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
[0083]
经研究发现，合理选择起偏器产生的入射偏振态(即起偏器的仪器矩阵w)以及检偏器的几个偏振态投影通道(即检偏器的仪器矩阵a)可以大幅提高缪勒矩阵测量系统的性能。因此本发明实施例的优化即为选取更加合适的w和a。而仪器矩阵w和a在何种情况下达到最优由以下推导给出：
[0084]
在缪勒矩阵测量系统中往往存在高斯-泊松混合噪声，评估噪声对测缪勒矩阵估计方差的影响需要借助协方差分析。在缪勒矩阵测量系统中，直接测量得到的光强与仪器矩阵和样本缪勒矩阵的关系可以表示为：
[0085]
i＝a
t
mw
[0086]
其中i为ccd测得的光强图像，m为样本的缪勒矩阵，w和a分别表示起偏器(psg)和检偏器(psa)的仪器矩阵，t代表矩阵的转置形式。为方便计算，借助克罗内克积将光强矩阵和样本的缪勒矩阵展开为向量形式：
[0087][0088][0089]
其中vi和vm分别为上述光强矩阵i和样本的缪勒矩阵m的列向量形式，-1代表矩阵的逆或伪逆。根据vm和vi的关系，其协方差矩阵之间的关系可以定义为：
[0090][0091]
其中表示克罗内克积分，和分别表示与样本缪勒矩阵的列向量vm和光强矩阵的列向量vi相关的协方差矩阵。缪勒矩阵测量系统正确的性能标准是缪勒矩阵所有元素的方差之和，即的迹：
[0092][0093]
其中trace()表示求矩阵的迹。当系统中存在加性高斯噪声时，光强噪声的协方差矩阵表示为以其方差σ2为对角阵元的对角矩阵。由此可知，系统中的高斯噪声对缪勒矩阵所造成的估计方差为：
[0094]
[0095]
其中qa＝(a
t
a)-1qw
＝(w
t
w)-1
(这是算式的一种简写形式)，ewvw和ewva分别代表起偏器和检偏器仪器矩阵的等权重方差。由上式可以看出，针对高斯噪声的优化，仅需起偏器和检偏器仪器矩阵的等权重方差(ewv)最小，即可达到最优状态。
[0096]
当系统中存在加性高斯噪声时，光强噪声的协方差矩阵需要借助泊松分布的性质，由光强矩阵i的均值给出其方差，此时的对角阵元应当表示为：
[0097][0098]
其中[vm]k表示列向量vm中的第k个元素，i与k都是矩阵的坐标索引，表示矩阵的第i行第i列的值，表示的转置矩阵的第i行第k列的值。运用协方差分析，系统中的泊松噪声对缪勒矩阵所造成的估计方差为：
[0099][0100]
归一化后的vm其第一项永远是1。显然，在上式中，第一项是独立于样本的，而第二项与样本的后15个阵元相关，会导致随着样本的改变，泊松噪声所引起的估计方差会随之改变。幸运的是，当起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优时，为恒定的常数。因此，当满足下式时，cpoission(c泊松)的第二项会被置零，进而使得泊松噪声对缪勒矩阵所造成的估计方差独立于样本：
[0101][0102]
上式的等价条件为：起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0。在满足此条件且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优时，泊松噪声所引起的估计方差独立于样本，且估计方差达到了最小值。此时最优化的cpoission可以表示为：
[0103][0104]
综上，当起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优时，缪勒矩阵测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能最优，系统总体的估计方差可以表示为：
[0105][0106]
至此，我们已经了解仪器矩阵w与a在何种情况下最优。但此时的仪器矩阵与实际的测量系统之间没有直接的联系，只是得到了仪器矩阵在满足什么条件时最优。若要使实际的测量系统能够实现最优，即使测量系统的仪器矩阵满足上述条件，仍需要进一步地优化。由于这一步优化是为了将实际的测量与理论联系起来，下面我们以几个实际的测量系统作为范例，展现优化的方法与过程。
[0107]
考虑到旋转式与相位可变式的延迟器有着不同的特点，旋转式器件由高精度旋转电机带动，整体测量的误差较小，但由于运动部件响应速度较慢，测量一般比较耗时。而电
控式相位延迟可变延迟器则由于温度漂移等的影响，精度会稍差些，但响应速度在毫秒量级，可以实现非常快速的测量，但成本也较高。因此两者往往不会混用，我们分别对这两类相位延迟器件组成的系统进行优化。旋转式相位延迟器件形成的一组正交偏振态如图1a至1b所示，相位可变延迟器件形成的一组正交偏振态如图2a至2b所示。
[0108]
本发明实施例通过采用多种不同器件下的起偏器及检偏器的最优配置，进一步提升偏振测量，特别是缪勒矩阵测量中的性能精度。实现将缪勒矩阵测量中的误差传递影响降至最小，且使得泊松噪声表现与样品无关的最优配置。
[0109]
前文提到，当起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优时，缪勒矩阵测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能最优。因此，如果使测量系统的w与a满足该条件，自然能使测量系统最优，实现噪声传递最小且泊松噪声样本无关。但是测量系统的w与a是由测量系统的起偏器与检偏器所产生的偏振态决定的，而产生何种偏振态是由测量系统的配置(各个元件的快轴角、相位延迟等)决定的。因此，优化w与a的问题就转换成对测量系统配置的优化问题。
[0110]
显然，当仪器矩阵的偏振态两两正交时，两个正交偏振态的斯托克斯矢量的后三个分量互为相反数，整个仪器矩阵的行和自然为零，也就是满足了最优仪器矩阵的第一个要求。而在邦加球中，两个关于圆心对称的偏振态就是一组正交的偏振态。而仪器矩阵本身是由多个偏振态组成的，仪器矩阵的n个偏振态可以在邦加球上形成一个多面体。如果该多面体任意一个顶点都有一个关于圆心对称的顶点，那么每一个偏振态也都有着一个对应的正交偏振态。此时问题的关键就变成了如何配置测量系统的起偏器以及检偏器，使其偏振态两两正交。而根据相位延迟器件的缪勒矩阵m
δ,θ
：
[0111][0112]
可以看出虽然我们可以很方便地计算出任意偏振光经过相位延迟器件后出射光的偏振态，但在进行偏振态调制时，我们更加注重的是什么样的快轴角及相位延迟关系能满足将入射光调制为目标偏振态。而这种情况下，常规的正向思路并不能实现我们的要求，往往需要将快轴角及相位延迟作为输入量，通过不断调整输入得到对应的输出偏振态，而不是根据需要的偏振态去设计能满足需求的相位延迟器件。
[0113]
因此本发明实施例将首先从直观，而非代数的层面出发，考虑相位延迟器件的性质对偏振态变化的影响。其规律可以总结为：
[0114]
a)相位延迟器件在固定快轴角变化线性相位延迟时，偏振态在邦加球上变化的轨迹会在s1、s2平面投影成一段直线；
[0115]
b)相位延迟器件的快轴角决定偏振态在邦加球上随不同相位延迟变化时，形成的轨迹在s1、s2平面的投影的直线的方向。且快轴角θ和投影与s2方向的夹角满足的关系；
[0116]
c)相位延迟器件在固定快轴角变化线性相位延迟时，偏振态在邦加球上变化的轨迹会形成一段圆弧。当线性相位延迟从0变化到2π时，圆弧将变为一个完整的圆。同时，圆弧的方向为从入射偏振态起，沿与s2方向成夹角(当s3《0时，为反向)作弧线。
[0117]
再将相位延迟器件具体为固定相位延迟的波片与相位延迟可变的电控式元件(此处以液晶可变相位延迟器lcvr为例)。波片的特点是结构相对简单，无需配套的控制设备，可以很方便地与旋转电机组合以改变快轴角，但波片的相位延迟却无法自由地改变，通常是一个由波片本身材料决定的一个固定值。lcvr的特点与波片恰恰相反，它有着复杂的控制器及电路限制，无法与运动部件配合来使用，因此其快轴角通常在搭建完光路后便不再改变，但其相位延迟可以很方便地借助电压进行控制，且电控式导致其响应速度远快于电机旋转。
[0118]
结合波片与lcvr的特性我们可以发现，lcvr器件在实际使用中是先确定一个快轴角后，根据需要可以人为地控制改变相位延迟，更加适合进行偏振态的调制。而波片是固定相位延迟，通过电机控制快轴角，在进行偏振态调制时，较难使其达到一个能满足需求的偏振态。同时，由于波片(旋转器件)在精度上的优势及lcvr在响应速度上的优势，往往不会将两者混合使用。同时考虑不同的成本及系统需求，我们以下列几种不同结构的测量光路为例，给出当两次测量时，各个元件的配置(偏振片、波片的角度，电控式相位可变延迟器的相位延迟)满足何种关系时，可以使产生的两个偏振态正交：
[0119]
a)一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片。
[0120][0121]
式中，θ
p
为第一次测量配置的偏振片透光轴方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p
'为第二次测量配置的偏振片透光轴方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向。
[0122]
该结构主要通过偏振片调整起偏的主通光方向，再通过1/4波片实现特定偏振态的调制。一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片的仪器示意图如图3所示。
[0123]
b)一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片。
[0124][0125]
式中，θh为第一次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θh'为第二次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向。
[0126]
该结构与上一结构类似，不过线偏振光方向的调制从单偏振片调制变成了固定偏振片加一个1/2波片，可以避免入射光不是理想的自然光时，转动偏振片导致的不同方向的线偏振光光强不一致的情况。一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片的仪器示意图如图4所示。
[0127]
c)一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件。
[0128][0129]
[0130]
式中，δ
f1
是第一次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f1
是其快轴角，δ
f2
是第一次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f2
是其快轴角，δ
f1
′
是第二次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
′
是第二次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟。该结构首先通过第一个全波延迟相位调制器件对偏振态在邦加球上的s1os3平面的圆上调制，随后借助第二个全波延迟相位调制器件得到目标偏振态。一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件的仪器示意图如图5所示。
[0131]
当两次测量配置满足以上关系时，出射偏振态在邦加球上呈对称的关系，及该两次测量的s1、s2、s3分量的和分别为零，即可满足最优仪器矩阵的第一个条件。
[0132]
但由于四次测量时，该方法调制出的四种偏振态两两正交，这样两组调制出的四个偏振态将形成一个条件数无限大的仪器矩阵，使缪勒矩阵无解。因此，两两正交的关系仅对四点以上，且测量次数为偶次的仪器矩阵有效。四点仅存在两种最优的仪器矩阵：
[0133][0134]
这两种仪器矩阵在邦加球上恰好形成一个正四面体，且三视图均为正方形，在对行和为零进行限制时，将不再采取两两正交的方式，而是通过正四面体的特性进行限制。正四面体的三个视图均为正方形，因此如果对三视图进行约束，使测量系统产生的四个偏振态能够在邦加球上形成一个三视图均为矩形的四点测量相比多点测量来说，有着绝对的测量速度上的优势，此处给出四点测量下的最优测量框架配置：
[0135]
a)一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片。
[0136][0137][0138][0139]
式中，θ
p
为第一次测量配置的偏振片透光轴方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p
'为第二次测量配置的偏振片透光轴方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p”为第三次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r”为第三次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p”'为第四次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r”'为第四次测量配置的1/4波片快轴角方向。当四次测量的配置满足该式给出的关系时，可使四面体的三视图均为矩形。
[0140]
b)一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片。
[0141]
[0142][0143][0144]
式中，θh为第一次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θh'为第二次测量配置的1/2波片快轴角方向，θr'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h”为第三次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r”为第三次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h”'为第四次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r”'为第四次测量配置的1/4波片快轴角方向。
[0145]
c)一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件。
[0146][0147][0148][0149][0150]
式中，δ
f1
是第一次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f1
是其快轴角，δ
f2
是第一次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f2
是其快轴角，δ
f1
′
是第二次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
′
是第二次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f1
″
是第三次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
″
是第三次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f1
″′
是第四次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
″′
是第四次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟。
[0151]
d)一个固定偏振片及两个半波延迟相位调制器件。
[0152][0153][0154][0155][0156]
式中，δ
h1
、δ
h2
分别为第一次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延
迟，θ
h1
、θ
h2
则分别为其快轴角,δ
h1
′
、δ
h2
′
分别为第二次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，δ
h1
″
、δ
h2
″
分别为第三次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，δ
h1
″′
、δ
h2
″′
分别为第四次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟。
[0157]
该配置无法满足全偏振态的调制，但可以满足四点的最优框架。一个固定偏振片及两个半波延迟相位调制器件的仪器示意图如图6所示，该仪器下可调制出的所有偏振态及最优的四点测量框架图如图7a至7b所示，图7a至7b中r深色部分为一个22.5度偏振片及两个半波延迟相位调制器件(67.5度、90度)结构的起偏器/检偏器所能产生的所有偏振态。这种结构能产生的偏振态无法遍历整个邦加球，但恰好可以覆盖到四点理论最优仪器矩阵的四个偏振态(如浅色正四面体的四个顶点)。
[0158]
当满足以上条件时，可以将四点配置的自由度缩减到一个或两个，大幅减少配置优化的难度，借助该关系，可以快速得出最优框架的实际配置。
[0159]
通过上述约束，无论是对四次测量还是多次测量，均可以得到泊松噪声与样本无关的优化配置。此时我们获得了n/2组正交偏振态(n次起偏/检偏测量)或一组满足一定关系的4个未知偏振态(4次起偏/检偏测量)。但仅知道每一组内部的关系，而实际的偏振态与配置仍是未知的。此时我们需要对每一组设置一系列变量，并根据该变量得到一组中剩余的可以由该变量明确表示的偏振态。之后，这些偏振态将组成一个有数个未知变量的仪器矩阵，仪器矩阵本身可以视为由多个偏振态组成，即如果有四个斯托克斯矢量s1，s2，s3，s4；则这四个列向量组成的仪器矩阵就为w＝[s1 s2 s3 s4]，无论这四个斯托克斯矢量为完全已知，还是由未知变量表示，前者可以得到一个完全已知的仪器矩阵w，后者可以得到一个由变量表示的仪器矩阵w。通过遗传算法对仪器矩阵进行最小ewv寻优，即可计算出当这数个未知变量为何值时，仪器矩阵的ewv能达到最小值。此时的仪器矩阵以及测量配置就是明确且已知的，未知变量都已经通过该算法计算出来。
[0160]
在一些实施例中，当起偏器和检偏器分别为一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片时，根据其对应的几何约束条件，设置一系列变量并针对变量进行emw寻优的过程如下：
[0161]
首先确定第一组正交偏振态：设第一组正交偏振态中，生成第一个偏振态时，偏振片的通光轴角度为θ
1p
；四分之一波片(以下简称波片)的快轴角为θ
1r
。则生成与其正交的偏振态时，根据给出的几何约束的关系，偏振片的角度应为θ
1p
'＝θ
1p
+90；波片的角度应为θ
1r
'＝θ
1r
。如果要生成八次测量的仪器矩阵，需要同理生成另外3组正交偏振态，其偏振片与波片角度分别为：
[0162]
θ
2p
、θ
2r
；θ
2p
+90、θ
2r
[0163]
θ
3p
、θ
3r
；θ
3p
+90、θ
3r
[0164]
θ
4p
、θ
4r
；θ
4p
+90、θ
4r
[0165]
这样就获得了由θ
1p
、θ
1r
；θ
2p
、θ
2r
；θ
3p
、θ
3r
；θ
4p
、θ
4r
八个变量表示的四组正交偏振态。每一组中的两个偏振态都可以由每组对应的变量表示。之后将这八个变量产生的一系列偏振态组成仪器矩阵，就可以得到由八个变量表示的ewv。然后再对得到的ewv借助遗传算法进行寻优。本发明实施例的结果是由遗传算法计算得到，但其它的不同寻优算法也能实现这一步，即对一个由多个可变量计算出的结果进行最小化寻优这一问题。
[0166]
％遗传算法示例如下：
[0167]
％％该语句直接调用matlab自带的遗传算法函数ga，下面对该函数的使用进行说明：
[0168]
[outputvariables,ewv]＝ga(@(unknowvariables)fitfunc(unknowvariables),8,[],[],[],[],[0 0 0 0 0 0 0 0],[180 180 180 180 180 180 180 180])；
[0169]
％outputvariables,ewv为该遗传算法的最终输出，outputvariables为优化出的配置设置，ewv为优化出的配置所形成的仪器矩阵的等权重方差。
[0170]
％ga函数的第一个输入fitfunc为自己定义的目标函数，其内容及定义方法在代码部分40-75行详细介绍。
[0171]
％ga函数的第二个输入8为变量的数量。在本例中，有8个变量，因此输入设置为8。
[0172]
％ga函数的第三到六个输入为对遗传算法本身的一些参数设定，此处选为默认设定，及[]即可。
[0173]
％ga函数的第七个输入为变量的最小值取值范围，此处8个全部给为0，即[0 0 0 0 0 0 0 0]。
[0174]
％ga函数的第八个输入为变量的最大值取值范围，此处8个全部给为180，即[180 180 180 180 180 180 180 180]。
[0175]
％使八个变量的取值范围均为0到180度。
[0176]
％根据得到的变量与几何约束的关系，计算出其余几个由变量表示的配置：
[0177]
theat_r1＝outputvariables(1)；
[0178]
theat_p1＝outputvariables(2)；
[0179]
theat_p1_r＝theat_p1+90；
[0180]
theat_r1_r＝theat_r1；
[0181]
theat_r2＝outputvariables(3)；
[0182]
theat_p2＝outputvariables(4)；
[0183]
theat_p2_r＝theat_p2+90；
[0184]
theat_r2_r＝theat_r2；
[0185]
theat_r3＝outputvariables(5)；
[0186]
theat_p3＝outputvariables(6)；
[0187]
theat_p3_r＝theat_p3+90；
[0188]
theat_r3_r＝theat_r3；
[0189]
theat_r4＝outputvariables(7)；
[0190]
theat_p4＝outputvariables(8)；
[0191]
theat_p4_r＝theat_p4+90；
[0192]
theat_r4_r＝theat_r4；
[0193]
％将得到的配置与ewv显示出来。
[0194]
disp(strcat('八次测量中偏振片的角度分别为',num2str(theat_p1),',',num2str(theat_p1_r),',',num2str(theat_p2),',',num2str(theat_p2_r),',',num2str(theat_p3),',',num2str(theat_p3_r),',',num2str(theat_p4),',',num2str(theat_p4_r)))；
[0195]
disp(strcat('八次测量中波片的角度分别为',num2str(theat_r1),',',
num2str(theat_r1_r),',',num2str(theat_r2),',',num2str(theat_r2_r),',',num2str(theat_r3),',',num2str(theat_r3_r),',',num2str(theat_r4),',',num2str(theat_r4_r)))；
[0196]
disp(strcat('最终得到的仪器矩阵的ewv为',num2str(ewv)))；
[0197]
％该函数为自己定义的目标函数，输入为变量，输出为优化目标的值：
[0198]
function fitness＝fitfunc(variables)
[0199]
％首先对一些基础值进行定义，包括偏振片缪勒矩阵，波片缪勒矩阵，入射自然光，方便计算stokes：
[0200]
mlr＝@(x,y)[1,0,0,0；
[0201]
0,cosd(2*x)^2+sind(2*x)^2*cosd(y),cosd(2*x)*sind(2*x)*(1-cosd(y)),-sind(2*x)*sind(y)；
[0202]
0,cosd(2*x)*sind(2*x)*(1-cosd(y)),sind(2*x)^2+cosd(2*x)^2*cosd(y),cosd(2*x)*sind(y)；
[0203]
0,sind(2*x)*sind(y),-cosd(2*x)*sind(y),cosd(y)]；％波片穆勒矩阵公式，x为快轴角，y为相位延迟；
[0204]
mld＝@(x)0.5*[1,cosd(2*x),sind(2*x),0；
[0205]
cosd(2*x),cosd(2*x)^2,-cosd(2*x)*sind(2*x),0；
[0206]
sind(2*x),sind(2*x)*cosd(2*x),sind(2*x)^2,0；
[0207]
0,0,0,0]；％偏振片穆勒矩阵公式，x为主通光轴角度；
[0208]
inputlight＝[1；0；0；0]；％输入为一束没有偏振效应的自然光。
[0209]
％之后计算出一系列stokes。
[0210]
％第一组stokes：
[0211]
stokes1＝mlr(variables(1),90)*mld(variables(2))*inputlight；％得到由第1和第2个变量表示的stokes1。
[0212]
stokes1_r＝mlr(variables(1),90)*mld(variables(2)+90)*inputlight；％得到由第1和第2个变量表示的且与stokes1正交的stokes1_r,下同，不再赘述。
[0213]
％第二组stokes：
[0214]
stokes2＝mlr(variables(3),90)*mld(variables(4))*inputlight；
[0215]
stokes2_r＝mlr(variables(3),90)*mld(variables(4)+90)*inputlight；
[0216]
％第三组stokes：
[0217]
stokes3＝mlr(variables(5),90)*mld(variables(6))*inputlight；
[0218]
stokes3_r＝mlr(variables(5),90)*mld(variables(6)+90)*inputlight；
[0219]
％第四组stokes：
[0220]
stokes4＝mlr(variables(7),90)*mld(variables(8))*inputlight；
[0221]
stokes4_r＝mlr(variables(7),90)*mld(variables(8)+90)*inputlight；
[0222]
％得到所有stokes后，将其组成一个仪器矩阵：
[0223]
instrumentmatrix＝[stokes1 stokes1_r stokes2 stokes2_r stokes3 stokes3_r stokes4 stokes4_r]；
[0224]
％计算该仪器矩阵的ewv：
[0225]
ewv＝trace((pinv(instrumentmatrix))'*pinv(instrumentmatrix))；
[0226]
％将优化目标确定为ewv。
[0227]
fitness＝ewv；
[0228]
end
[0229]
综上，本发明实施例的起偏器与检偏器配置优化方法流程图如图8所示。
[0230]
本发明实施例系统地提出一种对偏振测量系统(起偏器/检偏器)进行优化的方法，该方法关键是对能满足缪勒矩阵测量时，16个阵元的估计泊松噪声方差与样本无关的仪器矩阵给出现实可实现的、具体的仪器配置。现有的测量大部分未考虑到对泊松噪声的抑制或者仅从测量原理出发，说明在什么仪器矩阵下可以抑制噪声，并未给出可以参考或可借助现有器件实际实现的配置。本发明实施例通过上述关系进行几何约束，从而计算出具体测量时的仪器配置，以及满足上述关系，由该方法得到对应的配置变形。
[0231]
下面给出本发明实施例的实施流程及最终结果。
[0232]
首先确定所要采用的测量系统结构，除已在上文给出的一种特殊结构外，该系统无论是作为起偏器还是检偏器，均需要满足全偏振态的调制。其次确定对四次采集测量还是多次采集测量进行优化，针对这两种情况确定对每组偏振态的约束条件，借助不同偏振元件改变偏振态的规律，将每组偏振态用测量系统的实际配置进行约束。之后将经过约束后，用实际配置表示的偏振态组成一个仪器矩阵，并利用遗传算法或类似的寻优算法对该仪器矩阵进行最小ewv优化。即可得到最优的实际配置。
[0233]
经过本发明实施例的起偏器与检偏器配置优化方法给出的部分起偏检偏系统的配置如下：
[0234]
a)一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片。
[0235][0236]
b)一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片。
[0237][0238]
c)一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件。
[0239]
[0240][0241]
d)一个固定偏振片及两个半波延迟相位调制器件。
[0242][0243]
[0244]
上述a)至d)的配置均满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。
[0245]
当采用相应的结构进行测量时，需要把各个元件的配置按表中给出参数进行设置即可。例如，当采用旋转偏振片和旋转波片进行测量时，可以采用a)表所给出的第一种四点配置，即，首先使偏振片旋转到4.87度，波片旋转到22.5度进行第一次起偏；再使偏振片旋转到85.13度，波片旋转到67.5度进行第二次起偏；然后使偏振片旋转到94.87度，波片旋转到112.5度进行第三次起偏；最后使偏振片旋转到175.13度，波片旋转到157.5度进行第四次起偏。同时，每次起偏也需要进行一次检偏，检偏的过程与起偏类似，根据使用的检偏器的结构，选择结构对应的表中给出的具体配置，进行四次或八次测量检偏。即，如果起偏、检偏都采用四次测量的模式，总共需要进行16次测量。
[0246]
与传统的测量配置相比，本发明实施例的起偏器与检偏器配置优化方法系统性地将测量配置与高斯-泊松混合噪声的优化相结合，能够对实际测量产生指导作用，使测量系统达到最优。传统的没有采用最佳测量配置的测量系统，虽然依然能够进行测量，但是其精度有限，无法很好地抑制系统中的噪声，而且噪声规律也并不明确，难以进行后期的计算降噪等工作。该方法优化出的测量配置则改善了这一问题，一是使系统中的噪声传递最小，最大程度地抑制了噪声，二是使噪声的规律与样本独立，无论测量何种样本，噪声的分布规律都是相同的。同时，该方法也具备普适性，可以对各种不同结构的测量系统进行优化。
[0247]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，包括如下步骤：调整起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a，使起偏器和检偏器仪器矩阵的等权重方差ewv最小，以实现针对高斯噪声的优化；且起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，使泊松噪声所引起的估计方差独立于样本，且估计方差达到最小值。2.如权利要求1所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，配置测量系统的起偏器以及检偏器，使其偏振态两两正交；随后搜索起偏器和检偏器仪器矩阵的最小等权重方差ewv；当起偏器和检偏器的仪器矩阵同时满足行和为0及最小ewv条件时，得到最优配置。3.如权利要求2所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，当起偏器和检偏器分别为一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片时，使起偏器和检偏器偏振态两两正交的配置条件满足以下关系：式中，θ
p
为第一次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r
为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p
'为第二次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r
'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向；所述方法通过偏振片调整起偏的主通光方向，再通过1/4波片实现特定偏振态的调制。4.如权利要求2所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片时，使起偏器和检偏器偏振态两两正交的配置条件满足以下关系：式中，θ
h
为第一次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r
为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h
'为第二次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r
'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向；所述方法的线偏振光方向的调制从单偏振片调制变成了固定偏振片加一个1/2波片，能够避免入射光不是理想的自然光时，转动偏振片导致的不同方向的线偏振光光强不一致的情况。5.如权利要求2所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件时，使起偏器和检偏器偏振态两两正交的配置条件满足以下关系：正交的配置条件满足以下关系：式中，δ
f1
是第一次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f1
是其快轴
角，δ
f2
是第一次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f2
是其快轴角，δ
f1
′
是第二次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
′
是第二次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟。所述方法首先通过第一个全波延迟相位调制器件对偏振态在邦加球上的s1os3平面的圆上调制，随后借助第二个全波延迟相位调制器件得到目标偏振态。6.如权利要求1所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，当起偏器和检偏器分别为一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片时，起偏器和检偏器最优的四点测量配置满足以下关系：以下关系：以下关系：式中，θ
p
为第一次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r
为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p
'为第二次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r
'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p”为第三次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r”为第三次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
p”'为第四次测量配置的偏振片透光轴方向，θ
r”'为第四次测量配置的1/4波片快轴角方向。7.如权利要求1所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片时，使起偏器和检偏器仪器最优的四点测量配置满足以下关系：器最优的四点测量配置满足以下关系：器最优的四点测量配置满足以下关系：式中，θ
h
为第一次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r
为第一次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h
'为第二次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r
'为第二次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h”为第三次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r”为第三次测量配置的1/4波片快轴角方向，θ
h”'为第四次测量配置的1/2波片快轴角方向，θ
r”'为第四次测量配置的1/4波片快轴角方向。8.如权利要求1所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件时，使起偏器和检偏器最优的四点测量配置满足以下关系：
式中，δ
f1
是第一次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f1
是其快轴角，δ
f2
是第一次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，θ
f2
是其快轴角，δ
f1
′
是第二次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
′
是第二次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δf1″
是第三次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
″
是第三次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f1
″′
是第四次测量配置的第一个全波延迟相位调制器件的相位延迟，δ
f2
″′
是第四次测量配置的第二个全波延迟相位调制器件的相位延迟。9.如权利要求1所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，当起偏器和检偏器系统包括一个固定偏振片，两个半波延迟相位调制器件时，使起偏器和检偏器最优的四点测量配置满足以下关系：测量配置满足以下关系：测量配置满足以下关系：测量配置满足以下关系：式中，δ
h1
、δ
h2
分别为第一次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，θ
h1
、θ
h2
则分别为其快轴角,δ
h1
′
、δ
h2
′
分别为第二次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，δ
h1
″
、δ
h2
″
分别为第三次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟，δ
h1
″′
、δ
h2
″′
分别为第四次测量配置的两个半波延迟相位调制器件的线性相位延迟。10.如权利要求3-9中任一项所述的起偏器与检偏器配置优化方法，其特征在于，用实际配置表示的偏振态组成一个仪器矩阵，并利用遗传算法或类似的寻优算法对该仪器矩阵进行最小ewv优化，即，对每一组设置一个变量，并根据该变量得到一组中剩余的能够由该变量明确表示的偏振态；之后，这些偏振态将组成一个有数个未知变量的仪器矩阵；通过遗传算法对仪器矩阵进行最小ewv寻优，即可计算出当这数个未知变量为何值时，仪器矩阵的
ewv能达到最小值。11.如权利要求3-8中任一项所述的起偏器与检偏器配置行优化方法，其特征在于，起偏器和检偏器均满足全偏振态的调制。12.一种起偏检偏系统，其特征在于，包括一个旋转偏振片及一个旋转1/4波片，配置如下：，该配置满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。13.一种起偏检偏系统，其特征在于，包括一个固定偏振片、一个旋转1/2波片及一个旋转1/4波片，配置如下：转1/4波片，配置如下：，
该配置满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。14.一种起偏检偏系统，其特征在于，包括一个固定偏振片，两个全波延迟相位调制器件，配置如下：，该配置满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。15.一种起偏检偏系统，其特征在于，包括一个固定偏振片及两个半波延迟相位调制器件，配置如下：
，该配置满足起偏器的仪器矩阵w和检偏器的仪器矩阵a每一行的和为0，且起偏器和检偏器仪器矩阵的ewv是最优，以优化缪勒测量系统抗高斯-泊松混合噪声的性能。

技术总结
本发明公开了一种起偏器与检偏器配置优化方法及起偏检偏系统，所述起偏器与检偏器配置优化方法包括如下步骤：调整起偏器的仪器矩阵W和检偏器的仪器矩阵A，使起偏器和检偏器仪器矩阵的等权重方差EWV最小，以实现针对高斯噪声的优化；且起偏器的仪器矩阵W和检偏器的仪器矩阵A每一行的和为0，使泊松噪声所引起的估计方差独立于样本，且估计方差达到最小值。本发明能够最大程度地抑制噪声，并使噪声的规律与样本独立，无论测量何种样本，噪声的分布规律都是相同的。规律都是相同的。规律都是相同的。


技术研发人员：马辉 胡峥 赵千皓 黄彤宇
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1