[发明专利]一种散射介质矢量透射矩阵的测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种散射介质矢量透射矩阵的测量装置，包括矢量空间光调制单元、傅里叶透镜、马赫增德尔干涉系统、图像传感器和计算设备；所述矢量空间光调制单元由透射型空间光调制器和小角度双折射偏振分光器组成；光透过矢量空间光调制单元和傅里叶透镜的光再经过第一分光棱镜被分成两路进入马赫增德尔干涉系统中，进而到达图像传感器的记录面；到达记录面的光束发生干涉形成双通道角分复用偏振全息图；计算设备利用双通道角分复用偏振全息图，获得被测样品散射光场的复振幅与偏振信息，进而计算矢量透射矩阵。基于本发明，能够快速、精确地测量矢量透射矩阵。

技术领域

本发明涉及数字全息成像，尤其涉及一种散射介质矢量透射矩阵的测量装置。

背景技术

光通过散射介质(SM)的传输是物理学中一个基本的问题。尤其是在波前测量和成像研究领域，比如在深组织成像、通过浑浊介质的光学聚焦以及光纤成像中，光波波前的振幅和相位信息通过散射介质时散射介质对光的散射效应会给图像信息的恢复和获取带来很大困难。一种克服该困难的有效途径是利用表征输入光场和透过SM的散射光场之间确定关系的透射矩阵(TM)来消除SM对成像的影响。近年来，大量的研究结果表明，基于透射矩阵，我们不仅可以从经过多重散射而被扰乱的光场中恢复出有效的光学信息，还可以实现通过散射介质的波前调控和聚焦。而在这些应用中，一个关键的问题是如何精确地测量TM。2010年，Popoff等人借助于一个SLM和一个共路干涉装置成功测得了SM的TM。在随后几年，人们提出了更多的适用于不同实验条件下测量TM的方法。然而，大多数方法没有考虑到散射介质的偏振特性。虽然其中有些工作提出了一些测量矢量透射矩阵(VTM)的方法，但是这些测量方法都需要比较复杂的实验装置，并且在测量过程中还涉及相移器件和偏振器件的旋转控制。

综上所述，如何采用简单的方法和装置快速、精确地测量矢量透射矩阵仍然是该技术领域亟待解决的一个问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种测量散射介质(SM)矢量透射矩阵(VTM)的装置。在该装置中，通过建立一个由空间光调制器(SLM)和小角度双折射偏振分束器(BBS)组成的矢量空间光调制器来实现对输入光场两个正交偏振分量的振幅与相位的逐点控制；同时，通过引入一个双通道角分复用偏振全息记录光路来完成对透过散射介质的散射光场的两个正交偏振分量的同步测量，基于本发明，能够快速、精确地测量矢量透射矩阵。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种散射介质矢量透射矩阵的测量装置，包括：矢量空间光调制单元、傅里叶透镜、马赫增德尔干涉系统、图像传感器和计算设备；

所述矢量空间光调制单元置于傅里叶透镜的前焦面上，由一个空间光调制器和一个小角度双折射偏振分光器组成，并用一个准直激光束照明；光透过矢量空间光调制单元和傅里叶透镜的光再经过第一分光棱镜被分成两路进入马赫增德尔干涉系统中，进而到达图像传感器的记录面；到达记录面的光束发生干涉，形成双通道角分复用偏振全息图；计算设备利用双通道角分复用偏振全息图，获得被测样品散射光场的复振幅与偏振信息，然后计算矢量透射矩阵。

所述马赫增德尔干涉系统中：一路光通过第一反射镜后经过单孔滤波屏产生一个复振幅和偏振分布可程控的矢量光场，该矢量光场通过第一透镜和第一物镜耦合到被测样品上，透过被测样品的散射光通过第二物镜和第二分光棱镜到达图像传感器的记录面；另一路光经过一个双孔滤波屏产生两个具有正交线偏振态的参考光，参考光经第二透镜、第二反射镜和第二分光棱镜到达图像传感器的记录面。

本发明的有益效果：

1、在该装置中，通过建立一个由空间光调制器(SLM)和小角度双折射偏振分束器(BBS)组成的矢量空间光调制器来实现对输入光场两个正交偏振分量的振幅与相位的逐点控制；

2、通过引入一个双通道角分复用偏振全息记录光路来完成对透过散射介质的散射光场的两个正交偏振分量的同步测量。