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极大规模集成电路制造、医疗诊断、军事探测、航空航天、环境探测、地质勘探、光通信等领域广泛地应用光学偏振特性实现高精度的成像与检测。米勒矩阵是描述光学材料及元器件偏振特性的有效且普遍方式。米勒矩阵通常无法通过理论推导得到,只能通过实验检测获得。现有米勒矩阵测量技术需要在测量过程中旋转1/4波片、光弹调制器及检偏器等多种器件,测量误差大,且存在对目标介质偏振信息检测不完全等缺陷。针对上述不足,为实现单光束、全光场米勒矩阵的高精度、快速测量,本文主要研究了几种改进的米勒矩阵测量技术。论文主要内容包括: 1.提出基于单光弹调制器的米勒矩阵测量技术,研究米勒矩阵测量优化算法及系统参数两步校准法。首先通过两步校准法对系统参数进行校准测量,然后利用校准后的系统参数与优化算法计算得到待测样品的米勒矩阵。实验结果表明,同快轴方位角为00的1/4波片标准米勒矩阵相比,待测1/4波片米勒矩阵各元素最大相对误差的直接测量值和间接测量值分别为1.97％和0.83％,均小于最大相对误差的模拟仿真值2.11％。通过提高旋转台的读数精度和使用更小相位延迟量标称偏差的1/4波片,可以进一步减小米勒矩阵各元素测量的最大相对误差。 2.提出基于单光弹调制器的米勒矩阵测量误差方程,给出了相对误差分析方法,并结合矩阵条件数得到了降低米勒矩阵各元素最大相对误差的两组1/4波片方位角优化组合。实验结果表明,该两组优化组合,测量得到的待测1/4波片米勒矩阵各元素最大相对误差的直接测量值和间接测量值分别只有0.39％、1.06％和0.12％、0.20％。相比传统1/4波片方位角优化组合{-900,-450,300,600},米勒矩阵测量精度分别提高了80.20％、46.19％和85.54％、75.90％。 3.提出一种全光场米勒矩阵测量技术,给出全光场米勒矩阵测量装置及原理,并对部分常用光学元器件全光场米勒矩阵二维分布进行了模拟仿真。该测量装置共光轴、结构稳定、无需机械转动、空间分辨率高且测量速度较快,同时能够提取待测样品全光场的米勒矩阵二维分布。