穆勒矩陣測量系統(tǒng)的定標(biāo)方法

更新時(shí)間：2025-09-18 點(diǎn)擊次數(shù)：145

穆勒矩陣測量系統(tǒng)的定標(biāo)是確保系統(tǒng)準(zhǔn)確獲取光學(xué)信息的關(guān)鍵步驟，其核心在于通過已知光學(xué)特性的標(biāo)準(zhǔn)樣品，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)整與校準(zhǔn)，以下為詳細(xì)介紹：

一、定標(biāo)原理

穆勒矩陣是描述材料對偏振光變換作用的四維矩陣，每行對應(yīng)入射偏振態(tài)，每列對應(yīng)出射偏振態(tài)，16個(gè)元素共同構(gòu)成材料的光學(xué)指紋。定標(biāo)過程即通過標(biāo)準(zhǔn)樣品，確定系統(tǒng)各偏振參數(shù)（如補(bǔ)償器相位延遲量、起偏器和檢偏器方位角等），使系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取樣品的穆勒矩陣。

二、定標(biāo)步驟

準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)樣品：選擇具有已知光學(xué)特性的標(biāo)準(zhǔn)樣品，如具有明確偏振特性的晶體或薄膜。這些樣品如同定標(biāo)的“標(biāo)尺”，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的參考基準(zhǔn)。

放置樣品：將標(biāo)準(zhǔn)樣品精確放置在成像系統(tǒng)的檢測區(qū)域，確保位置精準(zhǔn)無誤，避免偏差影響定標(biāo)結(jié)果。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)：調(diào)整成像系統(tǒng)的光源強(qiáng)度、探測器靈敏度等參數(shù)，使系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取標(biāo)準(zhǔn)樣品的圖像信息。每次參數(shù)調(diào)節(jié)都需詳細(xì)記錄，以便后續(xù)追溯和分析。

避免環(huán)境干擾：在定標(biāo)過程中，需避免外界環(huán)境因素（如光線散射、溫度變化等）對定標(biāo)過程的干擾。例如，在光線較強(qiáng)的環(huán)境中，需采取遮光措施；在溫度變化較大的環(huán)境中，需對系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

重復(fù)測量：多次重復(fù)測量標(biāo)準(zhǔn)樣品，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。這如同射擊運(yùn)動員為命中靶心進(jìn)行多次練習(xí)，通過多次測量可以減小隨機(jī)誤差，提高定標(biāo)精度。

監(jiān)測系統(tǒng)輸出信號：在定標(biāo)過程中，需不斷監(jiān)測系統(tǒng)的輸出信號，確保信號穩(wěn)定且符合預(yù)期。一旦信號出現(xiàn)異常，需及時(shí)檢查系統(tǒng)并調(diào)整參數(shù)。

三、定標(biāo)方法

非線性回歸擬合法：

原理：針對傳統(tǒng)標(biāo)定方法計(jì)算速度慢、精度低的問題，引入非線性回歸擬合的方法來標(biāo)定系統(tǒng)中各偏振參數(shù)。該方法避免了傳統(tǒng)標(biāo)定方法的問題，具有標(biāo)定速度快、精度高、魯棒性好等特點(diǎn)。

步驟：使用雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型橢偏儀測量穆勒矩陣已知的標(biāo)準(zhǔn)樣品，得到對應(yīng)波長下的一組測量傅里葉系數(shù)；通過非線性回歸擬合，求解系統(tǒng)各偏振參數(shù)的最優(yōu)解。

雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器法：

原理：通過連續(xù)調(diào)制或步進(jìn)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)，從而獲取樣品的完整穆勒矩陣。該方法具有測量速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

步驟：起偏器和檢偏器保持水平透光方向，兩個(gè)補(bǔ)償器步進(jìn)旋轉(zhuǎn)；通過測量不同旋轉(zhuǎn)角度下的探測光強(qiáng)，利用線性最小二乘擬合得到待測樣品的穆勒矩陣。

非線性擬合測量法：

原理：針對中紅外穆勒矩陣橢偏儀定標(biāo)困難的問題，提出非線性擬合測量法。該方法通過非線性擬合求解系統(tǒng)各元器件的相位延遲與方位角等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了自校準(zhǔn)測量。

步驟：放入樣品前，根據(jù)角度旋轉(zhuǎn)各器件，采集光強(qiáng)并擬合得到偏振分析矩陣；放入待測樣品，再次進(jìn)行測量并擬合得到偏振分析矩陣；通過比較兩次測量的偏振分析矩陣，求解待測樣品的穆勒矩陣。

四、定標(biāo)注意事項(xiàng)

安全性：在定標(biāo)過程中，需注意操作安全。例如，在調(diào)節(jié)成像系統(tǒng)的光源時(shí)，如果光源強(qiáng)度過高可能會對操作人員的眼睛造成傷害，因此需佩戴合適的防護(hù)眼鏡。

穩(wěn)定性：系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定是定標(biāo)成功的關(guān)鍵。一旦參數(shù)在定標(biāo)過程中出現(xiàn)波動，將影響定標(biāo)結(jié)果。因此，需確保系統(tǒng)的電源穩(wěn)定、儀器設(shè)備的性能良好。

環(huán)境控制：環(huán)境的濕度和磁場等因素也會影響定標(biāo)結(jié)果。因此，需盡可能將這些影響降到最低，如將儀器放置在干燥、無磁場干擾的環(huán)境中。