[發明專利]基于衍射相位共路數字全息的偏振態參量測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201710436293.1
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107167244B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 單明廣;劉磊;鐘志;劉彬;張雅彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于衍射相位共路數字全息的偏振態參量測量裝置與方法，屬于偏振態參量測量領域，本發明利用衍射相位共路結構生成匯合的參考光和物光，再經過偏振分光棱鏡分成偏振態正交的兩束光，分別經過第一四分之一波片和第一角反射鏡以及第二四分之一波片和第二角反射鏡并被反射；再次匯合于偏振分光棱鏡的光束在圖像傳感器的光接收面產生干涉，形成載頻方向正交的全息圖，并被采集全息圖計算機中；分別采集+45°和?45°線偏振光入射時的全息圖，通過計算機獲得斯托克斯矩陣參量和瓊斯矩陣參量。本發明在保證抗干擾能力的同時，不需要二維光柵、復雜空間濾波器陣列等特殊光學元件，方法簡單易行。

技術領域

本發明涉及一種基于衍射相位共路數字全息的偏振態參量測量裝置與方法，屬于偏振態參量測量領域。

背景技術

偏振態是描述光波波前特征的重要參量之一，可用斯托克斯矩陣參量、瓊斯矩陣參量等表征，對其測量在生物光子學、非線性光學、化學和礦物質學等領域具有重要的科學意義和應用價值。但傳統的偏振態測量裝置只能提供待測波前傳播方向上固定位置處的偏振信息，且由于不具備二維采樣特性，需頻繁調整光路和多次曝光來實現偏振態參量的測量。為了提高偏振態參量參量的測量效率，國內外學者作了很多有益嘗試，其中，數字全息由于采用干涉方法記錄待測波前的振幅和相位信息，并通過數字方法完成重構，為光束的偏振態參量全場快速測量提供了可能，從而引起廣泛關注。

美國伊利諾伊大學香檳分校的Gabriel Popescu等(Zhuo Wang,Larry J.Millet,Martha U.Gillette,and Gabriel Popescu,Jones phase microscopy of transparentand anisotropic samples,Opt.Lett.33,1270-1272(2008))利用離軸數字全息實現了瓊斯矩陣測量，但該技術需要四次曝光采集才能實現瓊斯矩陣參量測量，測量速度受限；同時因為采用分離光路結構，抗干擾能力差。

韓國的YongKeun Park等(Youngchan Kim,Joonwoo Jeong,Jaeduck Jang,MahnWon Kim,and YongKeun Park,Polarization holographic microscopy for extractingspatio-temporally resolved Jones matrix,Opt.Express 20,9948-9955(2012))等利用共路數字全息生成載頻正交的全息圖，進而通過兩次曝光采集實現了瓊斯矩陣參量測量，在提高抗干擾能力的同時，提高了測量效率。但是該方法需要二維光柵和孔陣列匹配，并輔以偏振正交的兩塊偏振片，不僅結構復雜，而且調整困難。

專利CN 104198040 B“一種二維瓊斯矩陣參量的全息測量方法及實施裝置”利用雙二維光柵分光技術，結合頻譜復用技術，通過一次曝光可實現瓊斯矩陣參量測量，但該裝置不僅進一步增加了系統復雜度，而且光利用率，同時因為采用采用分離光路結構，抗干擾能力差。

南京師范大學的袁操今等(馬駿，袁操今，馮少彤，聶守平，“基于數字全息及復用技術的全場偏振態測試方法”，物理學報.22,224204(2013))利用偏振和角分復用技術，通過一次曝光可實現斯托克斯矩陣參量和瓊斯矢量測量，但是因為采用采用分離光路結構，抗干擾能力差；同時受結構限制，偏振態正交的頻譜在頻譜空間分離有限，進而造成串擾，影響偏振態參量的測量精度。

為提高系統抗干擾能力，簡化系統結構，本發明的發明人曾提出基于光柵離焦的衍射相位共路數字全息顯微技術，如專利CN105423911A“一種基于光柵離焦的共路數字全息顯微裝置與方法”，在共路結構基礎上，將光柵離焦分光技術和孔陣列濾波技術相結合，通過一次曝光獲得載波全息圖，不僅保證系統干擾能力和檢測的實時性，而且方法簡單易行，調整方便，但這些技術主要適用于三維形貌測量領域，而將該技術直接用于偏振態參量的報道，迄今為止尚未見報道。

發明內容