[發明專利]基于偏振光柵的動態測量任意光場完整信息的方法及光路

有效

• 申請號: 202110292332.1
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113091896B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 劉圣;齊淑霞;韓磊;魏冰妍;李鵬;趙建林
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J4/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于偏振光柵的動態測量任意光場完整信息的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：一束準直平行光穿過透射樣品或反射到反射樣品后，作為物光束為E_Ob＝E_L|l+E_R|r，其中E_L、E_R分別表示物光束的左右旋圓偏振分量的復振幅，|l、|r分別表示左、右旋圓偏振的瓊斯矢量，其具體表示形式為

步驟2：另一束與物光束相干的準直平行光穿過偏振光柵，轉化為周期性偏振結構光，以作為參考光束為E_Re表示入射平行光的復振幅；

步驟3：物光束與參考光束發生離軸干涉，并使兩光束的夾角所在平面與偏振光柵的柵線平行，兩束光的相對傾斜相位可表示為exp(ik_ty)；

步驟4：記錄得到一幅包含兩組正交干涉條紋的復合全息圖，其強度分布可表示為：

式中，第一項U₀＝|E_L|²+|E_R|²+|E_Re|²表示物光束和參考光束的總強度，后兩項為兩光束的正交圓偏振分量的干涉項；

步驟5：利用數字全息術對全息圖進行數值重建，得到干涉場中兩正交圓偏振分量的復振幅分布：

步驟6：為消除偏振光柵的相位及離軸干涉相位的影響，以均勻線偏振光場E₀作為校正，得到得振幅分布：

步驟7：根據校正光場獲得物光束的兩正交圓偏振分量的復振幅分布E_L和E_R

步驟8：利用菲涅耳衍射近似公式計算得到物光束的兩正交圓偏振分量在三維空間的復振幅分布U_L和U_R，并計算得到物光束在三維空間中的矢量場分布：

U(x,y,z)＝U_L(x,y,z)|l+U_R(x,y,z)|r

步驟9：計算物光束在三維空間中的偏振分布的歸一化斯托克斯參數(S₁,S₂,S₃)：

2.根據權利要求1所述一種基于偏振光柵的動態測量任意光場完整信息的方法，其特征在于：所述步驟4中，樣品為透射樣品(6)；兩組正交干涉條紋的復合全息圖的光路包括偏振光柵(8)、第二消偏振分光棱鏡(9)、透鏡(10)和圖像采集器件(11)；一束激光穿過樣品(6)后作為物光束，另一束與之相干的準直平行光穿過偏振光柵(8)后轉化為周期性偏振結構光作為參考光束；物光束和參考光束經第二消偏振分光棱鏡(9)合束后發生離軸干涉，并使兩光束的夾角所在平面與偏振光柵(8)的柵線平行；透鏡(10)將樣品(6)和偏振光柵(8)成像到圖像采集器件(11)的記錄面，得到一幅復合全息圖。

3.根據權利要求1所述一種基于偏振光柵的動態測量任意光場完整信息的方法，其特征在于：所述步驟4中，樣品為反射樣品(6)；兩組正交干涉條紋的復合全息圖的光路包括偏振光柵(8)、第二消偏振分光棱鏡(9)、第三消偏振分光棱鏡(12)、透鏡(10)和圖像采集器件(11)；一束激光經第三消偏振分光棱鏡(12)反射至反射樣品(6)，反射樣品(6)將光束反射并透過第三消偏振分光棱鏡(12)后作為物光束，另一束與之相干的準直平行光穿過偏振光柵(8)后轉化為周期性偏振結構光作為參考光束；物光束和參考光束經第二消偏振分光棱鏡(9)合束后發生離軸干涉，并使兩光束的夾角所在平面與偏振光柵(8)的柵線平行；透鏡(10)將樣品(6)和偏振光柵(8)成像到圖像采集器件(11)的記錄面，得到一幅復合全息圖。