[發(fā)明專利]一種基于渥拉斯頓棱鏡的測量樣品偏振態(tài)的方法與系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201711154680.2 | 申請日： | 2017-11-20 |
| 公開（公告）號： | CN108051089B | 公開（公告）日： | 2020-11-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 邸江磊;豆嘉真;王凱強;趙建林 | 申請（專利權(quán)）人： | 西北工業(yè)大學(xué) |
| 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 |
| 地址： | 710072 陜西*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 渥拉斯頓 棱鏡 測量 樣品 偏振 方法 系統(tǒng) | ||
1.一種利用渥拉斯頓棱鏡的測量樣品偏振態(tài)的方法，其特征在于包括如下步驟：
步驟1、調(diào)整光路，使得攜帶樣品信息的物光束與參考光束干涉，并使圖像采集裝置上出現(xiàn)兩幅大小相同、偏振態(tài)正交的全息圖樣；
步驟2、數(shù)字記錄全息圖樣獲得兩幅全息圖，和其中I1和I2表示全息圖的強度，Ao1、Ao2、Ar1和Ar2表示物光和參考光經(jīng)過渥拉斯頓棱鏡后的振幅，和表示物光和參考光經(jīng)過渥拉斯頓棱鏡后的相位差；
步驟3、根據(jù)波動光學(xué)理論，數(shù)值模擬光波的衍射重建過程，對全息圖進行數(shù)值重建，獲得物光波場的振幅和相位分布信息；
步驟4、根據(jù)幾何相位的相關(guān)定理，由數(shù)值重建的物光波場的振幅和相位分布計算出各物光波場上任一點的斯托克斯參量；
所述步驟1包含以下步驟：
a.調(diào)整光學(xué)元件獲得兩束擴束準(zhǔn)直后偏振態(tài)已知的偏振光束1和偏振光束2，并保證兩束光強度相差較小；
b.其中偏振光束1經(jīng)樣品調(diào)制作為物光束，偏振光束2作為參考光束，兩束光匯合后一起入射到渥拉斯頓棱鏡；
c.調(diào)整渥拉斯頓棱鏡的主光軸方向，使參考光經(jīng)渥拉斯頓棱鏡后分為兩束光強基本相等，偏振方向正交的線偏光，對于線偏振參考光，使渥拉斯頓棱鏡主光軸與參考光的偏振方向成45°夾角，對于圓偏振參考光，則渥拉斯頓棱鏡主光軸方向可任意選擇；
d.參考光和物光穿過沃拉斯頓棱鏡之后，在不同位置形成兩幅偏振態(tài)正交的干涉圖樣，選擇合適的位置放置圖像采集裝置，使得不同位置的兩幅全息圖完全分開并用圖像采集裝置記錄在一張圖片上；
所述步驟3包含以下步驟：
a.從所記錄的一幅圖片中提取獲得兩幅數(shù)字全息圖，并使兩幅全息圖中樣品的位置完全一致，像素點對應(yīng)；
b.對兩幅數(shù)字全息圖分別利用數(shù)字全息術(shù)中通用的數(shù)值重建算法進行數(shù)值重建，并進行相位解包裹處理，由兩幅全息圖分別獲得穿過樣品后物光波場的復(fù)振幅分布E1、E2，其中，β是圖像采集裝置的曝光參數(shù)；
所述步驟4包含以下步驟：
a.對步驟3獲得的復(fù)振幅進行如下計算，此處χ和ψ分別表示樣品上某一點的偏振態(tài)用龐加萊球表示時的方位角和極角；
b.根據(jù)龐加萊球和斯托克斯參量的關(guān)系，由下式得到歸一化的斯托克斯參量，
至此，獲得表征樣品上任一點偏振態(tài)的斯托克斯參量。
2.一種利用渥拉斯頓棱鏡的測量樣品偏振態(tài)的系統(tǒng)，包括一個激光器，一擴束準(zhǔn)直裝置，一偏振片，一樣品，兩反射鏡，兩非偏振分光棱鏡，一渥拉斯頓棱鏡，一圖像采集裝置和一計算機；
其中，所述激光器發(fā)出的光經(jīng)過所述準(zhǔn)直裝置準(zhǔn)直后被所述非偏振分光棱鏡分成兩束，其中一束光穿過樣品后作為物光束，另一束光作為參考光束，兩束光經(jīng)所述反射鏡反射后通過非偏振分光棱鏡匯合；
旋轉(zhuǎn)所述渥拉斯頓棱鏡，使得參考光束經(jīng)過渥拉斯頓棱鏡后分為兩束光強基本相等，偏振方向正交的線偏光；
參考光束和物光束穿過渥拉斯頓棱鏡之后，形成兩幅空間分離且偏振態(tài)正交的干涉圖樣，利用所述圖像采集裝置將兩幅全息圖記錄在一張圖片上；
由所述計算機從所記錄的一幅圖中提取獲得兩幅數(shù)字全息圖，并使兩幅全息圖中樣品的位置完全一致，像素點對應(yīng)，進一步進行數(shù)值重建，最終得到物光波場對應(yīng)的振幅和相位信息，經(jīng)過計算機處理得到樣品的偏振態(tài)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用渥拉斯頓棱鏡的測量樣品偏振態(tài)的系統(tǒng)，其特征在于：所述準(zhǔn)直裝置為一透鏡組。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用渥拉斯頓棱鏡的測量樣品偏振態(tài)的系統(tǒng)，其特征在于：所述非偏振分光棱鏡用于將光的能量分為兩部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用渥拉斯頓棱鏡的測量樣品偏振態(tài)的系統(tǒng)，其特征在于：所述渥拉斯頓棱鏡用于產(chǎn)生兩組空間分離，偏振方向正交并存在一定相位差的全息圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用渥拉斯頓棱鏡的測量樣品偏振態(tài)的系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像采集裝置為CCD或CMOS等圖像采集器件。
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