偏振光的动态接收与识别系统设计(3)
除了上述章节中描述的解决动态偏振光测量的方法外，如何更好的提高识别度、提高系统的抗干扰性也是非常值得深入研究的一个问题。背景光对信号光源的影响外，光路接收系统还存在其他影响因素。例如检偏器由人工旋转操控，这将不可避免的产生读数以及延迟的误差，因此测量的精度大大收到影响等。还有背景光产生的背景噪声的去除也有很多地方可以深究。另外，如何选择接收并检测偏振光的光学系统中的各个光学器件以及如何处理实验所得的数据也值得探讨。
本文主要做的工作有如下几个方面：
（1）分析了解了偏振光的几种参量表示方式，选择了最适合本课题的偏振光参量表示方法。
（2）对现有的偏振光检测方法进行了详细分析和深入研究，比较了各个方法的优劣之处，并选择了最适合检测光场中偏振光特性的方法并加以改进，使其实际应用性更强。
（3）阐述了接收并检测偏振光的光学系统中每个光学器件的作用和选用理由，并研究了各个光学器件的具体参数和材料，使接收并检测偏振光的光学系统的精度更高、实用性更强。
（4）推算出了测量出的偏振光状态和光场坐标之间的关系，找出最合适的数据处理方式，将检测出的偏振光信息化为直观的光场坐标，将测得的数据和实际联系起来。
2. 偏振光的基本知识
2.1 偏振光的基本参数介绍
光的特性为电磁波，因此光具有波动性。光的干涉和衍射现象充分证明了这一点。而光的偏振现象则进一步说明了光具有横波的特性。光矢量的方向和大小规则变化的光为偏振光。
一般说来，偏振光分为自然光、部分偏振光和完全偏振光。自然光为一般光源发出来的光，自然光可理解为各个可能方向上振动的光的集合。它的光矢量在各个方向、各个时间内振动的幅度、概率都相等。自然光可用两个互相垂直切相位无关联的线偏振光合成。当自然光的传播过程中被外界影响时，会削弱某些方向的振动，因此导致各个振动方向上光强不相等。这种光即为部分偏振光。而完全偏振光则可看作两束振动方向互相垂直、频率相等、相位差固定的线偏振光组合而成。完全偏振光又分为3种形态，即线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
若满足上述条件的两线偏振光束沿着Z方向传播，X-Y为其光矢量的振动平面， 为偏振光的方位角，则光波的合成矢量轨迹方程为：
其中， 、 分别为合成椭圆偏正光的长短轴方向上光矢量的振幅。 、 分别为X、Y方向的光矢量分量的振幅， 为两分量的相位差。由此方程可知，一般情况下，合成的光矢量轨迹为椭圆，即光为椭圆偏振光。如图2.1所示。而线偏振光和圆偏振光为椭圆偏振光的特殊情况。
图2.1 椭圆偏振光的描述
（1） 线偏振光
由（2.1）可知，当式中 或 ， 时,有
（2.3）
式子（2.3）表明，当相位差 相同，或者相差180︒的整数倍时，两个光分量合成的光为线偏振光。它与X轴的夹角和光矢量之间的关系为 。此时 为一个常数。
（2） 圆偏振光
当(2.1)式中 ; ; 时，有
（2.4）
此时，光矢量的轨迹方程为圆形。满足该条件的光为圆偏振光。此时 随时间的变化变化。
椭圆偏振光分为左旋偏振光和右旋偏振光。沿着光传播的方向（-Z方向），光的矢端旋转方向为顺时针的偏振光为右偏振光，反之则为左旋偏振光。偏振光的左旋和右旋状态由相位差 决定。当 时，光的矢端旋转方向为逆时针方向，偏振光为左旋偏振光。当 时，光的矢端旋转方向为顺时针，即偏振光为右旋偏振光[7]。