CN103954435B - 一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置及其检测方法，装置包括设置有计算模块的反馈控制系统(7)和第一相位延迟器(10)、第二相位延迟器(11)，计算模块设置有第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度δ₁、δ₂和偏振相关损耗PDL₁、PDL₂关系式：<maths num="0001"></maths><maths num="0002"></maths><maths num="0003"></maths>光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)、I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)是光电探测器(6)在同一待测波长处、不同k值下测量的光电流数据，或者是光电探测器(6)在同一待测波长处、不同k值下所有光电流数据的平均值，采用本发明装置和方法，可同时测量两个未知宽带相位延迟器的快轴位置、相位延迟特性和PDL特性。

Description

一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置及其检测方法

技术领域

本发明属于偏振光学检测领域，特别是一种同时检测两个相位延迟器的相位延迟特性和偏振相关损耗特性的方法及装置。

背景技术

相位延迟器(或相位补偿器)是光学实验和光学仪器中广泛使用的基础光学元件,它是利用材料的双折射效应制作而成的。当线偏振光垂直于相位延迟器表面通过该器件时，入射光中电矢量平行于相位延迟器光轴的分量(e光)和垂直于相位延迟器光轴的分量(o光)在相位延迟器中传播的速度不同，从而透过相位延迟器的e光和o光之间通常具有一定的相位差,使得透射光具有多种可能的偏振特性。原理上说,任何具有双折射效应的材料都可以用来做成相位延迟器，例如普遍采用的由石英、方解石、氟化镁或云母等双折射晶体制成的晶体相位延迟器、液晶相位延迟器，以及外磁场作用下的磁性液体、W片等等。但是,上述所有材料除了具有双折射效应外，还具有二向色性，这会直接导致器件的偏振相关损耗(PDL，PolarizationDependentLoss)；而且相位延迟器的相位延迟特性和二向色性(即PDL特性)均是波长的函数，在某些常用波长范围内，相位延迟器的PDL特性会对器件性能产生很大影响。例如，在旋转双补偿器式广谱椭偏仪(PCSCA型椭偏仪)中，两个旋转补偿器C₁、C₂的相位延迟特性和PDL特性的精确测量是实现高精度测量的前提，任何残余偏振都将影响到偏振测量的精度。如果考虑旋转补偿器C₁、C₂的偏振相关损耗特性，PCSCA型椭偏仪的工作算法必须做出必要的修正。因此，两个旋转补偿器的相位延迟特性和PDL特性对整机性能均有重要影响。

测量偏振器件相位延迟或PDL的方法有很多种，但没有哪一种能够同时测量两个偏振器件的相位延迟量和PDL，更不能同时测量两个偏振器件的相位延迟光谱特性和PDL光谱特性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供同时检测两个相位延迟器的相位延迟和偏振相关损耗(PDL)特性的方法及装置，它属于非接触测量，能够同时快速检测两个相位延迟器的相位延迟和PDL特性；使用方便高效，可用于实际生产及研究工作中同时进行两个未知相位延迟器的相位延迟和PDL特性的直接定标，并且测量结果不受光源和探测器光谱特性的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，包括自然光光源、反馈控制系统，自然光光源出射的平行自然光依次通过共传输轴放置的起偏器、第一转盘、第二转盘、检偏器、光电探测器，第一转盘和第一电机连接，第二转盘和第二电机连接；反馈控制系统同光电探测器、第一电机、第二电机相连实现采集分析光电流数据并反馈控制第一电机和第二电机的旋转状态；所述第一转盘和第二转盘为中空结构，所述第一转盘中空结构内设置有固定第一相位延迟器的定位装置，所述第二转盘中空结构内设置有固定第二相位延迟器的定位装置，所述反馈控制系统设置有计算模块，设置有计算模块计算第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度δ₁、δ₂和偏振相关损耗PDL₁、PDL₂，

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

其中，k为非负整数(k＝0，1，2，……)，光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)、I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)是光电探测器在同一待测波长处、不同k值下测量的光电流数据，或者是光电探测器在同一待测波长处、不同k值下所有光电流数据的平均值。

所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管或CCD线阵或面阵传感器，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器和第二相位延迟器的工作波长范围。

所述起偏器和检偏器采用二向色性偏振器或双折射偏振器，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器和第二相位延迟器的工作波长范围。

所述自然光光源为输出特性稳定的宽带自然光源或波长可调型自然光源，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器和第二相位延迟器的工作波长范围。

所述自然光光源的发光源输出光路中设置有扩束-准直透镜组。

一种应用所述装置进行检测相位延迟和偏振相关损耗的方法，包括如下步骤：步骤一：调节检偏器与起偏器的偏振方向平行；步骤二：调节第一相位延迟器、第二相位延迟器平行起偏器的偏振方向；步骤三：同向、同速旋转第一转盘和第二转盘，反馈控制系统采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)和I(kπ+3π/4，kπ+3π/4)，其中k为非负整数，在计数起始时刻定义k＝0，此后第一转盘和第二转盘每旋转半周k值增加1；分别计算各波长处的光电流方均根值 $\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;},\mathrm{i\&pi;})\right]}^2}{k}},\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2+{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2\}}{2k}}$ 和 $\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\right]}^2}{k}};$ 调节第二相位延迟器的快轴方向，使之与第一相位延迟器的快轴方向相互垂直；步骤四：将k值清零重新开始计数，计数方法与步骤三中相同，同向、同速旋转第一转盘和第二转盘，反馈控制系统采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π)和I(kπ+3π/4，kπ+5π/4)，分别计算方均根值 $\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\right]}^2}{k}},$ $\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2+{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{5\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2\}}{2k}}$ 和 $\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{i\&pi;}+\mathrm{\&pi;})\right]}^2}{k}};$ 步骤五：由反馈控制系统的计算模块计算第一相位延迟器和第二相位延迟器的相位延迟角度δ₁、δ₂，以及计算偏振相关损耗PDL₁和PDL₂，

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{D_2}{D_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{L_2}{L_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}\left(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;}\right)}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})},$ 检测过程结束。

所述步骤一和步骤二之间还包括如下步骤：步骤1-1：查找第二相位延迟器的快轴方位，做好标记后，将其从第二转盘上取下；步骤1-2：查找第一相位延迟器的快轴方位，并做好标记，然后将第二相位延迟器放回第二转盘。

所述步骤1-1、步骤1-2中查找相位延迟器快轴方位的具体实现方式为：将相位延迟器固定在转盘上，保证与光路器件共传输轴放置，旋转转盘直至光电探测器输出的光电流达到最大值。

一种应用所述装置进行检测相位延迟和偏振相关损耗的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：调节检偏器与起偏器的偏振方向平行；步骤二：调节第一相位延迟器、第二相位延迟器平行起偏器的偏振方向；步骤三：同向、同速旋转第一转盘和第二转盘，反馈控制系统采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π/2)，其中k为非负整数；调节第二相位延迟器的快轴方向，使之与第一相位延迟器的快轴方向相互垂直；步骤四：将k值清零重新开始计数，同向、同速旋转第一转盘和第二转盘，反馈控制系统采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)；步骤五：由反馈控制系统和计算模块

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$ 计算所有k值处的第一相位延迟器和第二相位延迟器相位延迟角度δ_1k、δ_2k，以及计算偏振相关损耗PDL_1k和PDL_2k；对所有k值处的δ_1k、δ_2k、PDL_1k和PDL_2k求平方和，取方均根值，检测过程结束。

所述步骤一和步骤二之间还包括如下步骤：步骤1-1：查找第二相位延迟器的快轴方位，做好标记后，将其从第二转盘上取下；步骤1-2：查找第一相位延迟器的快轴方位，并做好标记，然后将第二相位延迟器放回第二转盘。

本发明的有益效果：

1)本发明的测量方法属于非接触测量，可同时测量两个未知宽带相位延迟器的快轴位置、相位延迟特性和PDL特性，使用方便高效，可用于实际生产及研究工作中同时进行两个未知零级相位延迟器的相位延迟量的直接定标。

2)在多波长光电探测器中各探测单元的特性以及入射光强未知的情况下，不需要复杂的傅立叶分析及求解即能快速准确地同时标定两个待测零级相位延迟器在待考察波段的相位延迟谱。

3)相对于其它测量方法，本发明所测量的零级相位延迟器相位延迟范围更广，既可以是1/4相位延迟器，也可以不是1/4相位延迟器。

附图说明

图1为本发明所涉及的相位延迟器相位延迟特性和偏振相关损耗特性测量装置的通用结构示意图；

图2为本发明所涉及的相位延迟器相位延迟特性和偏振相关损耗特性测量装置的检测方法流程图；

其中：

1、自然光源；2、起偏器；

3、第一转盘；4、第二转盘；

5、检偏器；6、光电探测器；

7、反馈控制系统；8、第一电机；

9、第二电机；10、第一相位延迟器；

11、第二相位延迟器；20：导热硅脂；

具体实施方式

本发明的创新点在于提供了同时检测两个相位延迟器的相位延迟和偏振相关损耗(PDL)特性的方法及装置。下面结合实施例对本发明做出详细说明。

本发明所述的相位延迟器的相位延迟特性和偏振相关损耗特性的快速检测装置的结构如图1所示：包括自然光光源1和反馈控制系统7，自然光光源1出射的平行自然光依次通过共传输轴放置的起偏器2、第一转盘3、第二转盘4、检偏器5、光电探测器6，第一转盘3和第一电机8连接，第二转盘4和第二电机9连接；反馈控制系统7同光电探测器6、第一电机8、第二电机9相连实现采集分析光电流数据并反馈控制第一电机8和第二电机9的旋转状态；所述第一转盘3和第二转盘4为中空结构，所述第一转盘3中空结构内设置有固定第一相位延迟器10的定位装置，所述第二转盘4中空结构内设置有固定第二相位延迟器11的定位装置。本实施例中采用中空结构的外围开有多个定位孔，通过此定位孔，将第一相位延迟器10和第二相位延迟器11分别固定在第一转盘3和第二转盘4的中空结构部分；并由第一电机8和第二电机9分别控制第一转盘3和第二转盘4的旋转状态。

所述反馈控制系统7设置有计算模块，计算模块设置有计算第一相位延迟器10和第二相位延迟器11相位延迟角度δ₁、δ₂和偏振相关损耗PDL₁、PDL₂的关系式：

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

其中，k为非负整数(k＝0，1，2，……)，光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)、I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)是光电探测器6在同一待测波长处、不同k值下测量的光电流数据，或者是光电探测器6在同一待测波长处、不同k值下所有光电流数据的平均值。

所述自然光光源1为输出特性稳定的宽带自然光源或波长可调型自然光源，其工作波长范围能够覆盖第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的工作波长范围。在具体应用中，根据该光源的光斑大小和光束质量，自然光光源1的发光源输出光路中设置有扩束-准直透镜组。

所述起偏器2和检偏器5可采用二向色性偏振器或双折射偏振器中的一种，其工作波长范围能够覆盖第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的工作波长范围。

所述第一转盘3和第二转盘4的应用要求是两个转盘的转动精度均应满足反馈控制系统7的控制要求，通常的商用产品均可满足该应用要求。

所述光电探测器6为光电二极管、光电倍增管或CCD(Charge-coupledDevice)线阵或面阵传感器，用于将探测到的光电流信号经数据采集卡传至反馈控制系统7进行数据处理，其工作波长范围能够覆盖第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的工作波长范围。

所述反馈控制系统7采集分析光电探测器6探测到的光电流数据后，依据一定的反馈控制算法发出脉冲信号经电机驱动器调整电机的旋转状态。

所述第一电机8和第二电机9及其电机驱动器选用伺服电机、永磁式步进电机或反应式步进电机，以及与以上每种类型的电机相配套的电机驱动器。由于本发明中第一转盘3和第一电机8连接，第二转盘4和第二电机9连接，并由第一电机8和第二电机9分别控制第一转盘3和第二转盘4的旋转状态，实际应用中也可以选择已经将单个电机和单个转盘集成制作在一起的电动转盘商品来分别作为相连接的第一转盘3和第一电机8，以及相连接的第二转盘4和第二电机9。

所述第一相位延迟器10和第二相位延迟器11均为由晶体材料、聚合物材料、液晶、外磁场作用下的磁性液体等制作的单个或复合的相位延迟器等一切具备相位延迟功能的光学器件。

本发明所述的一种相位延迟器的相位延迟角度和偏振相关损耗特性的检测装置实现功能的过程如图2所示，其具体步骤如下：

步骤一：调节检偏器5与起偏器2的偏振方向平行；

步骤二：将第一相位延迟器10、第二相位延迟器11分别固定于第一转盘3、第二转盘4的定位装置上，调节第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的快轴方向相互平行，该快轴方向同时与起偏器2与检偏器5的偏振方向相互平行；

步骤三：以角速度w同向、同速旋转第一转盘3和第二转盘4，此时旋转角C₁＝C₂＝wt，反馈控制系统7根据对第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的具体检测要求采集在相应检测波长处的光电流数据I(C₁,C₂)，尤其是I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π/2)，其中k为非负整数(在t＝0的计数起始时刻，定义k＝0，每旋转半周k值增加1)；检测要求即为究竟是检测两个相位延迟器在某一特定波长处的相位延迟角度和偏振相关损耗特性，还是检测两个相位延迟器在某一波长范围内的相位延迟角度特性和偏振相关损耗特性，当是后者检测要求时,则需要通过探测器阵列采集在所需波长范围内所有波长处的光电流数据，最终得到两个相位延迟器在该波长范围内的相位延迟角度光谱特性和偏振相关损耗光谱特性。旋转角C₁、C₂变化kπ后停止采样，此时k值的大小视具体检测情况可自行设定，然后调节第二相位延迟器11的快轴方向，使之与第一相位延迟器10的快轴方向相互垂直，同时保持第一相位延迟器10的快轴方向与起偏器2及检偏器5的偏振方向相互平行，此后两个相位延迟器的旋转角满足关系式C₂＝C₁+π/2；

步骤四：将k值清零重新开始计数，同时以相同角速度同向、同速旋转第一转盘3和第二转盘4，反馈控制系统7采集在相应检测波长处的光电流数据I(C₁,C₂)，尤其是I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)；由反馈控制系统7的计算模块中设置的关于第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的相位延迟角度δ₁、δ₂，以及偏振相关损耗PDL₁和PDL₂的计算公式，计算并输出在每个检测波长处第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的特征数据。当计算所有k值处的第一相位延迟器10和第二相位延迟器11相位延迟角度δ_1k、δ_2k，以及计算偏振相关损耗PDL_1k和PDL_2k后，对所有k值处的δ_1k、δ_2k、PDL_1k和PDL_2k求平方和并取其方均根值，检测过程结束。

反馈控制系统7的计算模块中设置的计算第一相位A延迟器10和第二相位延迟器11相位延迟角度δ₁、δ₂，以及计算偏振相关损耗PDL₁和PDL₂的公式具体为：

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

如上所述的一种相位延迟器的相位延迟角度和偏振相关损耗特性的检测方法，所述步骤一和步骤二之间还包括如下步骤：

步骤1-1：查找第二相位延迟器11的快轴方位，做好标记后，将其从第二转盘4上取下；

步骤1-2：查找第一相位延迟器10的快轴方位，并做好标记，然后将第二相位延迟器11放回第二转盘4。

所述步骤1-1、步骤1-2中查找相位延迟器快轴方位的具体实现方式为：将相位延迟器固定在转盘上，保证与光路器件共传输轴放置，旋转转盘直至光电探测器输出的光电流达到最大值。

如上所述的一种相位延迟器的相位延迟角度和偏振相关损耗特性的检测方法，所述步骤四中反馈控制系统7中设置的相位延迟角度δ₁、δ₂、PDL₁和PDL₂计算公式中的各个光电流数据，既可以采用每次测量的光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)、I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)，其中整数k＝0，1，2，……，分别求出若干个不同k值下的δ_1k、δ_2k、PDL_1k和PDL_2k值，再分别对所有k值处的δ_1k、δ_2k、PDL_1k和PDL_2k求和取平均，来得到最终的δ₁、δ₂、PDL₁和PDL₂数据；也可以采用其它各种减小误差的措施，例如，可以在步骤三中分别计算各波长处光电流的如下方均根值和以及在步骤四中分别计算方均根值 和然后，在反馈控制系统7设置的计算δ₁、δ₂、PDL₁和PDL₂的公式中，采用上述方均根值分别取代相应的I(C₁,C₂)，求出每一待测波长处的δ₁、δ₂、PDL₁和PDL₂数据并保存输出数据、结束操作。其具体流程包括如下步骤：

步骤一：调节检偏器5与起偏器2的偏振方向平行；

步骤二：调节第一相位延迟器10、第二相位延迟器11平行起偏器2的偏振方向；

步骤三：同向、同速旋转第一转盘3和第二转盘4，反馈控制系统7采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)和I(kπ+3π/4，kπ+3π/4)，其中k为非负整数，在计数起始时刻定义k＝0，此后第一转盘3和第二转盘4每旋转半周k值增加1；分别计算各波长处光电流的方均根值

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;},\mathrm{i\&pi;})\right]}^2}{k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2+{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2\}}{2k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\right]}^2}{k}};$ 调节第二相位延迟器11的快轴方向，使之与第一相位延迟器10的快轴方向相互垂直；

步骤四：将k值清零重新开始计数，计数方法与步骤三中相同，同向、同速旋转第一转盘3和第二转盘4，反馈控制系统7采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π)和I(kπ+3π/4，kπ+5π/4)，分别计算方均根值

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\right]}^2}{k}},$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2+{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{5\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2\}}{2k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{i\&pi;}+\mathrm{\&pi;})\right]}^2}{k}};$

步骤五：由反馈控制系统7计算模块中设置的公式

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]$

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{D_2}{D_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{L_2}{L_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}\left(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;}\right)}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}$

计算第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的相位延迟角度δ₁、δ₂，以及计算偏振相关损耗PDL₁和PDL₂，检测过程结束。

下面介绍上述步骤三和步骤四中各项公式的理论依据。根据偏振光学的相关理论，图1所示装置中的自然光光源1发出的自然光的Stokes表示Sin，与光电探测器6探测到的光信号的Stokes表示Sout之间满足以下关系：

S_out＝M_A·M_C2(C₂,δ₂,D₁,D₂)·M_C1(C₁,δ₁,L₁,L₂)·M_P·S_in(1)

其中，M_P、M_A、MC₁、MC₂分别为起偏器2、检偏器5、第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的穆勒矩阵；C₁、δ₁、L₁、L₂分别为第一相位延迟器10的快轴相对于起偏器偏振方向的夹角、第一相位延迟器10的相位延迟量、以及第一相位延迟器10快轴和慢轴的二向色性吸收系数；同理，C₂、δ₂、D₁、D₂分别为第二相位延迟器11的快轴相对于起偏器偏振方向的夹角、第二相位延迟器11的相位延迟量、以及第二相位延迟器11快轴和慢轴的二向色性吸收系数。自然光光源1发出的自然光的Stokes表示为：

$S_{\mathrm{in}}=\left(\begin{array}{c}S0\\ S1\\ S2\\ S3\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}1\\ 0\\ 0\\ 0\end{array}\right)$

起偏器2和检偏器5的穆勒矩阵: $M_P=M_A=\frac{1}{2}\&CenterDot;\left(\begin{array}{cccc}1& 1& 0& 0\\ 1& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

第一相位延迟器4的穆勒矩阵:

$M_{C1}(C_1,{\mathrm{\&delta;}}_1,L_1,L_2)=\left(\begin{array}{cccc}{L}_1^2+L_2^2& (L_1^2-L_2^2)\&CenterDot;\cos 2C_1& (L_1^2-L_2^2)\&CenterDot;\sin 2C_1& 0\\ (L_1^2-L_2^2)\&CenterDot;\cos 2C_1& (L_1^2+L_2^2)\&CenterDot;{\cos }^{2}2C_1+2L_1{L}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_1\&CenterDot;{\sin }^{2}2C_1& \frac{1}{2}\&CenterDot;\sin 4C_1\&CenterDot;(L_1^2+L_2^2-2L_1{L}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_1)& -2L_1{L}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_1\&CenterDot;\sin 2C_1\\ (L_1^2-L_2^2)\&CenterDot;\sin 2C_1& \frac{1}{2}\&CenterDot;\sin 4C_1\&CenterDot;(L_1^2+L_2^2-2L_1{L}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_1)& (L_1^2+L_2^2)\&CenterDot;{\sin }^{2}2C_1+2L_1{L}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_1\&CenterDot;{\cos }^{2}2C_1& 2L_1{L}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_1\&CenterDot;\cos 2C_1\\ 0& 2L_1{L}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_1\&CenterDot;{\sin 2C}_1& -{2L}_1{L}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_1\&CenterDot;\cos 2C_1& 2L_1{L}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_1\end{array}\right)$

第二相位延迟器5的穆勒矩阵:

$M_{C2}(C_2,{\mathrm{\&delta;}}_2,D_1,D_2)=\left(\begin{array}{cccc}{D}_1^2+D_2^2& (D_1^2-D_2^2)\&CenterDot;\cos 2C_2& (D_1^2-D_2^2)\&CenterDot;\sin 2C_2& 0\\ (D_1^2-D_2^2)\&CenterDot;\cos 2C_2& (D_1^2+D_2^2)\&CenterDot;{\cos }^{2}2C_2+2D_1{D}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_2\&CenterDot;{\sin }^{2}2C_2& \frac{1}{2}\&CenterDot;\sin 4C_2\&CenterDot;(D_1^2+D_2^2-2D_1{D}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_2)& -2D_1{D}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_2\&CenterDot;\sin 2C_2\\ (D_1^2-D_2^2)\&CenterDot;\sin 2C_2& \frac{1}{2}\&CenterDot;\sin 4C_2\&CenterDot;(D_1^2+D_2^2-2D_1{D}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_2)& (D_1^2+D_2^2)\&CenterDot;{\sin }^{2}2C_2+2D_1{D}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_2\&CenterDot;{\cos }^{2}2C_2& 2{D_{1}D}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_2\&CenterDot;\cos 2C_2\\ 0& 2D_1{D}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_2\&CenterDot;{\sin 2C}_2& -{2D}_1{D}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_2\&CenterDot;\cos 2C_2& 2D_1{D}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_2\end{array}\right)$

输出光信号Sout的S0分量的具体表达式为:

$\begin{array}{c}{S}_0(D_1,D_2,L_1,L_2,{\mathrm{\&delta;}}_1,{\mathrm{\&delta;}}_2,C_1,C_2)=[D_1^2+D_2^2+(D_1^2-D_2^2)\&CenterDot;\cos 2C_2]\&CenterDot;[L_1^2+L_2^2+(L_1^2-L_2^2)\&CenterDot;\cos 2C_1]+\\ +[(D_1^2-D_2^2)\&CenterDot;\cos 2C_2+(D_1^2+D_2^2)\&CenterDot;{\cos }^{2}2C_2+2D_1{D}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_2\&CenterDot;{\sin }^{2}2C_2]\&CenterDot;[(L_1^2-L_2^2)\&CenterDot;\cos {2C}_1+(L_1^2+L_2^2)\&CenterDot;{\cos }^{2}2C_1+{2L}_1{L}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_1\&CenterDot;{\sin }^{2}2C_1]+\\ +[(D_1^2-D_2^2)\&CenterDot;\sin {2C}_2+\frac{1}{2}\&CenterDot;(D_1^2+D_2^2-2D_1{D}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_2)\&CenterDot;\sin 4C_2]\&CenterDot;[(L_1^2-L_2^2)\&CenterDot;\sin {2C}_1+\frac{1}{2}\&CenterDot;(L_1^2+L_2^2-2L_1{L}_2\cos {\mathrm{\&delta;}}_1)\&CenterDot;\sin 4C_1]-\\ -4D_1{D}_2{L}_1{L}_2\sin {\mathrm{\&delta;}}_1{\sin \mathrm{\&delta;}}_2\sin 2C_1\sin {2C}_2\end{array}$

由于在任意波长处，光电探测器6所对应探测单元的输出光电流正比于该波长处输出光信号S0分量的光强，即

I(C₁,C₂)＝η·S₀(D₁,D₂,L₁,L₂,δ₁,δ₂,C₁,C₂)(2)

其中实数η为考虑探测器量子效率等因素影响而引入的小于1的比例系数，该值与本发明中最后的计算结果无关。由上述公式可知，输出光电流实际上是C₁、C₂、D₁、D₂、L₁、L₂、δ₁、δ₂的函数，为了后续公式(3.a～3.f)以及(4.a～4.d)表示的方便，此处简写为I(C₁,C₂)。在系统性能稳定的情况下，在任意一个确定的波长处，光电流I(C₁,C₂)关于自变量C₁和C₂均是周期为π的函数，而且在几个特殊角度有如下关系出现：

$I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})=I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})=\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;[2D_1^2{L}_1^2+2D_2^2{L}_2^2+4D_1{D}_2{L}_1{L}_2\cos ({\mathrm{\&delta;}}_1+{\mathrm{\&delta;}}_2)]---(3.a)$

$I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})=I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{5\mathrm{\&pi;}}{4})=\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;[2D_2^2{L}_1^2+2D_1^2{L}_2^2+4D_1{D}_2{L}_1{L}_2\cos ({\mathrm{\&delta;}}_1-{\mathrm{\&delta;}}_2)]---(3.b)$

$I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})=8{\mathrm{\&eta;D}}_1^2{L}_1^2---(3.c)$

$I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=8{\mathrm{\&eta;D}}_2^2{L}_2^2---(3.d)$

$I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=8{\mathrm{\&eta;D}}_2^2{L}_1^2---(3.e)$

$I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})=8{\mathrm{\&eta;D}}_1^2{L}_2^2---(3.f)$

利用上式可求出第一相位延迟器4和第二相位延迟器5的相位延迟量：

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]---(4.a)$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]---(4.b)$

第一相位延迟器4和第二相位延迟器5的偏振相关损耗PDL₁、PDL₂与各自的二向色性吸收系数之间的关系为：

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{D_2}{D_1}=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}---(4.c)$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{L_2}{L_1}=-5\lg \frac{I(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{I(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}---(4.d)$

公式(4.a-4.d)中，随着k值的增加(整数k＝0，1，2，……)，在每个待测波长处均可得到多组光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)、I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)；为消除第一相位延迟器10和第二相位延迟器11的旋转角度偏差、光电探测器噪声等微小误差源的影响，可在具体实施过程中采用各种减小误差的措施，既可以在前述步骤三和步骤四中采用每个k值下的光电流数据，分别求出若干个不同k值下的δ_1k、δ_2k、PDL_1k和PDL_2k值，再分别对所有k值处的δ_1k、δ_2k、PDL_1k和PDL_2k求平方和，并取其方均根，来得到最终的δ₁、δ₂、PDL₁和PDL₂数据；也可以采用其它各种减小误差的措施，例如，可以在步骤三中分别计算各波长处光电流的如下方均根值 和以及在步骤四中分别计算方均根值 和然后，在反馈控制系统7设置的计算δ₁、δ₂、PDL₁和PDL₂的公式中，采用上述方均根值分别取代相应的I(C₁,C₂)，如公式(5.a-5.d)所示，求出每一待测波长处的δ₁、δ₂、PDL₁和PDL₂数据并保存输出数据、结束操作。

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]---(5.a)$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\right]-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left[\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\right]---(5.b)$

${\mathrm{PDL}}_1\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{D_2}{D_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}---(5.c)$

${\mathrm{PDL}}_2\left(\mathrm{indB}\right)=-10\lg \frac{L_2}{L_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}\left(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;}\right)}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})}---(5.d)$

其中，各方均根值的表达式如下：

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;},\mathrm{i\&pi;})\right]}^2}{k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\right]}^2}{k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2+{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2\}}{2k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;},\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;},\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\right]}^2}{k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{k\&pi;}+\mathrm{\&pi;})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\mathrm{i\&pi;}+\mathrm{\&pi;})\right]}^2}{k}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{I}(\mathrm{k\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{k\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\{{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2+{\left[I(\mathrm{i\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},\mathrm{i\&pi;}+\frac{5\mathrm{\&pi;}}{4})\right]}^2\}}{2k}}$

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于：包括自然光光源(1)、反馈控制系统(7)，自然光光源(1)出射的平行自然光依次通过共传输轴放置的起偏器(2)、第一转盘(3)、第二转盘(4)、检偏器(5)、光电探测器(6)，第一转盘(3)和第一电机(8)连接，第二转盘(4)和第二电机(9)连接；反馈控制系统(7)同光电探测器(6)、第一电机(8)、第二电机(9)相连实现采集分析光电流数据并反馈控制第一电机(8)和第二电机(9)的旋转状态；所述第一转盘(3)和第二转盘(4)为中空结构，所述第一转盘(3)中空结构内设置有固定第一相位延迟器(10)的定位装置，所述第二转盘(4)中空结构内设置有固定第二相位延迟器(11)的定位装置，所述反馈控制系统(7)设置有计算模块计算第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度δ₁、δ₂和偏振相关损耗PDL₁、PDL₂：

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\&rsqb;+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\&rsqb;$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\&rsqb;-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\&rsqb;$

${\mathrm{PDL}}_1\left(indB\right)=-5\lg \frac{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(indB\right)=-5\lg \frac{I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})}$

其中，k为非负整数(k＝0，1，2，……)，光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)、I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)是光电探测器(6)在同一待测波长处、不同k值下测量的光电流数据，或者是光电探测器(6)在同一待测波长处、不同k值下所有光电流数据的平均值。

2.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于：所述光电探测器(6)为光电二极管或光电倍增管或CCD线阵或面阵传感器，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)的工作波长范围。

3.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于：所述起偏器(2)和检偏器(5)采用二向色性偏振器或双折射偏振器，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)的工作波长范围。

4.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于：所述自然光光源(1)为输出特性稳定的宽带自然光源或波长可调型自然光源，其工作波长范围覆盖第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)的工作波长范围。

5.根据权利要求1所述的一种检测相位延迟和偏振相关损耗的装置，其特征在于：所述自然光光源(1)的发光源输出光路中设置有扩束-准直透镜组。

6.一种应用权利要求1所述装置进行检测相位延迟和偏振相关损耗的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：调节检偏器(5)与起偏器(2)的偏振方向平行；

步骤二：调节第一相位延迟器(10)、第二相位延迟器(11)平行起偏器(2)的偏振方向；

步骤三：同向、同速旋转第一转盘(3)和第二转盘(4)，反馈控制系统(7)采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π/2)和I(kπ+3π/4，kπ+3π/4)，其中k为非负整数，在计数起始时刻定义k＝0，此后第一转盘(3)和第二转盘(4)每旋转半周k值增加1；分别计算各波长处的光电流方均根值 $\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\&Sigma;}}\{{\&lsqb;I(i\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},i\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})\&rsqb;}^2+{\&lsqb;I(i\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},i\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\&rsqb;}^2\}}{2k}}$ 和调节第二相位延迟器(11)的快轴方向，使之与第一相位延迟器(10)的快轴方向相互垂直；

步骤四：将k值清零重新开始计数，计数方法与步骤三中相同，同向、同速旋转第一转盘(3)和第二转盘(4)，反馈控制系统(7)采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)、I(kπ+π/2，kπ+π)和I(kπ+3π/4，kπ+5π/4)，分别计算方均根值 $\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\&Sigma;}}\{{\&lsqb;I(i\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},i\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})\&rsqb;}^2+{\&lsqb;I(i\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4},i\mathrm{\&pi;}+\frac{5\mathrm{\&pi;}}{4})\&rsqb;}^2\}}{2k}}$ 和 $\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{k}{\&Sigma;}}{\&lsqb;I(i\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},i\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})\&rsqb;}^2}{k}};$

步骤五：由反馈控制系统(7)的计算模块计算第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)的相位延迟角度δ₁、δ₂，以及计算偏振相关损耗PDL₁和PDL₂，

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\&rsqb;+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\&rsqb;$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\&rsqb;-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\&rsqb;$

${\mathrm{PDL}}_1\left(indB\right)=-10\lg \frac{D_2}{D_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})}$

${\mathrm{PDL}}_2\left(indB\right)=-10\lg \frac{L_2}{L_1}=-5\lg \frac{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{\stackrel{\&OverBar;}{I}(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})},$ 检测过程结束。

7.根据权利要求6所述一种相位延迟和偏振相关损耗的检测方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二之间还包括如下步骤：

步骤1-1：查找第二相位延迟器(11)的快轴方位，做好标记后，将其从第二转盘(4)上取下；

步骤1-2：查找第一相位延迟器(10)的快轴方位，并做好标记，然后将第二相位延迟器(11)放回第二转盘(4)。

8.根据权利要求7所述一种相位延迟和偏振相关损耗的检测方法，其特征在于：所述步骤1-1、步骤1-2中查找相位延迟器快轴方位的具体实现方式为：将相位延迟器固定在转盘上，保证与光路器件共传输轴放置，旋转转盘直至光电探测器输出的光电流达到最大值。

9.一种应用权利要求1所述装置进行检测相位延迟和偏振相关损耗的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：调节检偏器(5)与起偏器(2)的偏振方向平行；

步骤二：调节第一相位延迟器(10)、第二相位延迟器(11)平行起偏器(2)的偏振方向；

步骤三：同向、同速旋转第一转盘(3)和第二转盘(4)，反馈控制系统(7)采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ)、I(kπ+π/4，kπ+π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π/2)，其中k为非负整数；调节第二相位延迟器(11)的快轴方向，使之与第一相位延迟器(10)的快轴方向相互垂直；

步骤四：将k值清零重新开始计数，同向、同速旋转第一转盘(3)和第二转盘(4)，反馈控制系统(7)采集在相应检测波长处的光电流数据I(kπ，kπ+π/2)、I(kπ+π/4，kπ+3π/4)和I(kπ+π/2，kπ+π)；

步骤五：由反馈控制系统(7)的计算模块计算所有k值处的第一相位延迟器(10)和第二相位延迟器(11)相位延迟角度δ_1k、δ_2k，以及计算偏振相关损耗PDL_1k和PDL_2k

${\mathrm{\&delta;}}_1=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\&rsqb;+\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\&rsqb;$

${\mathrm{\&delta;}}_2=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}}\&rsqb;-\frac{1}{2}\&CenterDot;{\cos }^{-1}\&lsqb;\frac{4I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{4},k\mathrm{\&pi;}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4})-I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})-I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}{2\sqrt{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\&CenterDot;I(k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},k\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;})}}\&rsqb;$

${\mathrm{PDL}}_1\left(indB\right)=-5\lg \frac{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}{I(k\mathrm{\&pi;},k\mathrm{\&pi;})}$

对所有k值处的δ_1k、δ_2k、PDL_1k和PDL_2k求平方和，取方均根值，检测过程结束。

10.根据权利要求9所述一种相位延迟和偏振相关损耗的检测方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二之间还包括如下步骤：

步骤1-1：查找第二相位延迟器(11)的快轴方位，做好标记后，将其从第二转盘(4)上取下；

步骤1-2：查找第一相位延迟器(10)的快轴方位，并做好标记，然后将第二相位延迟器(11)放回第二转盘(4)。