[发明专利]一种基于沃拉斯顿棱镜的空间角分复用全息术的参考光分束方法及其专用装置

说明书

技术领域

本发明属于空间角分复用脉冲数字全息术领域，主要解决空间角分复用脉冲数字全息术中参考光空间多角度传输光束的产生的问题。

背景技术

全息术最早由英国科学家Dennis Gabor于1947年提出，并于1948年记录并再现出第一张全息图。全息术有着信息容量大，再现像是三维立体性等优点。

最初的全息术在同轴情况下完成，物光与参考光以同轴的方式相干叠加记录在感光器件上，全息图再现时，所形成的零级像和共轭像的光斑与再现像重叠在一起，严重影响了再现像的质量。1962年美国科学家E.N.Leith和J.Upatnieks提出了采用离轴照明和再现方法的离轴全息术，在全息图记录的过程中，参考光与物光以特定夹角的方式相干，所形成的干涉条纹中包含物光信息的条纹被具与有特定倾角的参考光相干涉的条纹所调制。在全息图的再现时，当采用离轴的参考光照明时，所形成的再现像与零级像和共轭像在空间上分离，这样减少了零级像和共轭像对再现像的干扰。

近些年，全息术在全息干涉，彩色全息，复用全息，计算全息等各个领域都有显著的进展。随着超短脉冲激光的快速发展，结合脉冲激光形成的脉冲数字全息技术在超快瞬态过程探测方面也有显著的进展。利用超短脉冲激光的极短脉冲宽度，可以对超快瞬态过程进行快速采样，从而达到探测超快瞬态过程的目的。

在脉冲数字全息系统中，角分复用技术从最初的平面角分复用技术发展为现今的立体角分复用技术。平面角分复用技术中使用的多个参考光与多个物光在同一传输平面。所以平面角分复用技术记录的干涉图的傅里叶频谱分布在一条直线上，频谱空间的利用率低。立体角分复用技术极大提高里频谱空间的利用率，提高了单帧全息图上可复用的子全息图数量。

为了尽可能的利用CCD的空间带宽，在角分复用全息术上需要对参考光的空间分束角度进行优化，单纯利用分光平片与反射镜组合的分束方法易使子全息图的频谱分布不均匀，使得频谱滤波窗口选择困难，而且对频谱的位置调节过于复杂。

发明内容

本发明的目的是解决现有方法的参考光空间分布不合理、记录器件的空间带宽利用不充分、调节机构复杂等问题，提供一种基于沃拉斯顿棱镜的空间角分复用全息术物光分束方法，同时提供了该分束方法的专用装置，通过该套装置可将入射的圆偏振态的脉冲光产生多个方向的传输脉冲光，能够有效的应用到空间角分复用全息术中，可以简单的通过旋转沃拉斯顿棱镜使参考光的方向进行改变，而且不会影响参考光束的会聚方向，能够使复用全息图的频谱均匀的分布在零级像周围。而且具有能量利用率高、调节简单等优点。

首先，本发明提供了一种基于沃拉斯顿棱镜的空间角分复用全息术的参考光分束方法，该方法的具体步骤如下：

第1、将脉冲激光入射到第一消偏分光平片(BS₁)进行分束；

第2、在第一消偏分光平片(BS₁)上反射的光束入射到第一延迟线结构(DL₁)和第二延迟线结构(DL₂)；

第3、通过两个延迟线的光束在第二分光平片(BS₂)上合束；

第4、在第二分光平片(BS₂)与两片反射镜以及第三分光平片(BS₃)组成马赫增德干涉系统，其中改变第三分光平片(BS₃)的位置及角度，使两束光以θ夹角合束在CCD靶面上，θ为沃拉斯顿棱镜的分束角度；

第5、在从第二分光平片(BS₂)上出射的两个光路分别加载4f系统，并保证CCD靶面距4f系统中第二个透镜距离严格等于透镜的焦距f；

第6、在第二分光平片(BS₂)上出射的一束光路上放置沃拉斯顿棱镜，出射的另一束光路上放置另一块沃拉斯顿棱镜，并保证两块沃拉斯顿棱镜的中心距4f系统中第一个透镜距离严格等于透镜的焦距f；

第7、旋转两块沃拉斯顿棱镜，使出射光的方向位于合理的位置，这样就保证了全息图的频谱均匀分布在零级项周围。

其次，本发明提供了一种实现以上所述方法的基于沃拉斯顿棱镜的空间角分复用全息术的参考光分束装置，该装置包括：

两组延迟线；两片消偏分光平片；两组双透镜会聚系统；两块沃拉斯顿棱镜；其中，

第一消偏分光平片(BS₁)，用于将圆偏振态的超短激光双脉冲分束为两个方向出射的脉冲；