有机聚合物侦测器提高偏振测量准确度

偏振测量法(Polarimetry)用于测量来自物体的光线偏振，从而确定其属性。最准确的侦测器一般采取在同一地点进行连续测量的方式，或是利用不同侦测器进行平行测量，但这两种方式也可能分别导致时间与空间上的误差。因此，美国北卡罗莱纳州立大学(NCSU)的研究人员提出一种新方法，能够有效提高在相同地点进行同步侦测的准确度。

“我们的方法是透过垂直方式串连偏振感应侦测器取得空间样本，”NCSU电子与计算机工程系教授Michael Kudenov表示。

由于传统的方法需要多个相邻的空间样本，才能取得相同的信息，因而较难有效地利用光线。“这是因为对于偏振测量而言，通常用线性偏光板会抑制掉一半(至少)的入射功率，”Kudenov解释。

“而我们的技术测量的就是这个被抑制的光，”Kudenov强调。剩下的光线则可经由装置传送，而且可透过联机的侦测器进行测量。

在此半透明的偏振侦测器图中，其上的正方形区域是金电极之一。其下则是有机光电电池(OPV)材料，能将偏振光转换成电信号。这些影像显示偏振的光线在OPV侦测到(a)0度、(b)45度与(c)90度时如何随之减少。（来源：NCSC）

必须进行三次测量的原因在于线性偏振滤光器在同一平面上仅阻挡平行的光线，因而实现向量量测结果。唯一常用的其他类型是圆偏光板，它可让光线呈直线偏振旋转——顺时针或逆时针方向的360度旋转。从1940年以来，数学家们已经找到如何测量光线偏振的角度了，其方式是采用结合两种线性偏振滤波器和一个圆偏光板。

“这必须进行三种测量作业，才能计算出线性偏振的完整状态。通常，偏振状态可以利用Jones或Mueller矩阵来表示。在Mueller矩阵时，我们定义使用Stokes向量定义偏振状态。该向量分成四部分：S0表示光的总功率、S1表示线性水平或垂直偏振状态容纳的功率、S2类似于S1，但仅针对在45或135度线性状态时的功率，而S3则代表右边或左边圆偏振光的功耗」Kudenov解释。

一般的偏振计使用多种方法，包括偏振棱镜、移动组件、温控外壳和硅晶侦测器等。大多数都需要进行手动调整，但即使是自动的机型也需要时间测量偏振。。

Kudenov的创新在于打造了所谓本质一致的偏振，因而无需使用移动组件或温度控制。其关键是在偏振聚合物中包覆了PV侦测器(使用透明的金属电极，即铟锡氧化物ITO和金薄膜)。这三层都有其必要——2线性层用于0度和45度角，加上第三个圆偏光板。光线先通过0度线性偏振的PV层，测得其强度。第2层类似，但测量通过第1 层而偏振45度的光线。最后的圆偏光层测量未被阻挡的剩余光线。将这三种输出导入计算机执行客制的Meuller算法，实现接近实时感应的偏振角度与入射光线强度，同时达到1.2%的准确度。

“我们下一步在于提高透明电极的传输。目前，我们使用ITO和薄金层。金本身具有约60%的传输能力。我们正致力于提高到90%，同时让有机材料保有所需的功能。如此将可提高信噪比(SNR)与准确度。此外，我们还打算探索其他替他材料，以改善量子效率。我们希望，透过这改变，能够达到更高10倍的准确度或提高0.1%，”Kudenov表示。

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