[发明专利]一种基于共路数字全息的偏振态参量测量装置与方法

说明书

本发明提供一种基于共路数字全息的偏振态参量测量装置与方法，属于偏振态参量测量领域。本发明包括光源、偏振调制系统、准直扩束系统、第一透镜、非偏振分光棱镜、小孔反射镜、偏振分光棱镜、第一角反射镜、第二角反射镜、第二透镜、图像传感器、计算机。入射光分成参考光和物光后，参考光照射在小孔反射镜上并被反射；物光经过偏振分光棱镜后分成两束偏振态正交的物光，并被第一角反射镜和第二角反射镜反射回偏振分光棱镜合成一束物光；物光和参考光汇合后，调整第一角反射镜和第二角反射镜，可在图像传感器上生成载频方向正交的全息图；分别曝光采集+45°和‑45°线偏振光入射时的全息图，通过计算机获得Stokes矩阵参量和Jones矩阵参量。

技术领域

本发明涉及一种基于共路数字全息的偏振态参量测量装置与方法，属于偏振态参量测量领域。

背景技术

偏振态是描述光波波前特征的重要参量之一，可用Stokes矩阵参量、Jones矩阵参量等表征，对其测量在生物光子学、非线性光学、化学和矿物质学等领域具有重要的科学意义和应用价值。但传统的偏振态测量装置只能提供待测波前传播方向上固定位置处的偏振信息，且由于不具备二维采样特性，需频繁调整光路和多次曝光来实现偏振态参量的测量。为了提高偏振态参量参量的测量效率，国内外学者作了很多有益尝试，其中，数字全息由于采用干涉方法记录待测波前的振幅和相位信息，并通过数字方法完成重构，为光束的偏振态参量全场快速测量提供了可能，从而引起广泛关注。

美国伊利诺伊大学香槟分校的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))利用离轴数字全息实现了Jones矩阵测量，但该技术需要四次曝光采集才能实现Jones矩阵参量测量，测量速度受限；同时因为采用分离光路结构，抗干扰能力差。

韩国的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))等利用共路数字全息生成载频正交的全息图，进而通过两次曝光采集实现了Jones矩阵参量测量，在提高抗干扰能力的同时，提高了测量效率。但是该方法需要二维光栅和孔阵列匹配，并辅以偏振正交的两块偏振片，不仅结构复杂，而且调整困难。

专利CN 104198040B“一种二维琼斯矩阵参量的全息测量方法及实施装置”利用双二维光栅分光技术，结合频谱复用技术，通过一次曝光可实现Jones矩阵参量测量，但该装置不仅进一步增加了系统复杂度，而且光利用率，同时因为采用采用分离光路结构，抗干扰能力差。

南京师范大学的袁操今等(马骏，袁操今，冯少彤，聂守平，“基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法”，物理学报.22,224204(2013))利用偏振和角分复用技术，通过一次曝光可实现Stokes矩阵参量和Jones矢量测量，但是因为采用采用分离光路结构，抗干扰能力差；同时受结构限制，偏振态正交的频谱在频谱空间分离有限，进而造成串扰，影响偏振态参量的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足之处，将偏振分光调制技术、频谱正交复用技术和共路技术相结合，提供一种结构简单，系统稳定的基于共路数字全息的偏振态参量测量装置，且还提供一种满足和适用上述方法的基于共路数字全息的偏振态参量测量方法。