[发明专利]一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的方法与系统，激光器发出的光经过准直装置准直后被非偏振分光棱镜分成两束，其中一束光穿过样品或经样品反射后携带样品信息作为物光束，另一束光作为参考光束，两束光经反射镜反射后通过非偏振分光棱镜汇合。旋转偏振分光棱镜，使得参考光束经过偏振分光棱镜后分为两束光强基本相等，偏振方向正交的线偏光。参考光束和物光束经过偏振分光棱镜之后，形成两幅偏振态正交的干涉图样。利用相机将两幅全息图记录。由计算机将两幅全息图中样品的位置完全一致，像素点对应，进一步进行数值重建，最终得到物光波场对应的振幅和相位信息，经过计算机处理得到样品的偏振态信息。相比较传统Mueller显微镜的使用，避免了多次采集受环境的影响，提高了系统的稳定性和实时测量能力。

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及数字全息技术领域。

背景技术

数字全息术以其快速实时、非破坏性、非侵入性、全场测量等优点，被广泛用于流场测量、形变测量、形貌分析、显微成像等领域。但是常用的数字全息术只能得到待测光场的振幅和相位信息，而物体所携带的偏振态信息也是其最重要的性质之一。目前应用于生物学中的Mueller显微镜可以测量生物组织的Mueller矩阵，但是需要多次调整入射光的偏振态，记录多组强度信息来反解出生物组织偏振信息，过程非常繁琐且精度有限。在几何相位理论中，光波的偏振态信息和相位信息是结合在一起的，通过利用数字全息术测量样品的相位，可以很方便地计算获得样品的偏振态信息。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的方法与系统，主要是利用偏振态和几何相位的关系，通过与数字全息术相结合，用相位信息计算偏振态信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、调整光路，使得携带样品信息的物光束与参考光束干涉，并使相机一和相机二上同时出现一幅大小相同、偏振态正交的全息图样；

步骤2、同时数字记录两个相机上的全息图，并将两幅全息图分别记为和其中I₁和I₂表示全息图的强度，A_o1、A_o2、A_r1和A_r2表示物光和参考光经过偏振分光棱镜后的振幅，和表示物光和参考光经过偏振分光棱镜后的相位差；

步骤3、根据波动光学理论，数值模拟光波的衍射重建过程，对全息图进行数值重建，获得物光波场的振幅和相位分布信息；

步骤4、根据几何相位的相关定理，由数值重建的物光波场的振幅和相位分布计算出各物光波场上任一点的斯托克斯参量。

所述步骤1包含以下步骤：

a.调整光学元件获得两束扩束准直后偏振态已知的偏振光束，并保证两束光强度相差较小；

b.其中一束光经样品调制，其振幅、相位和偏振态发生变化，作为物光束，另一束光作为参考光束，两束光汇合后一起入射到偏振分光棱镜；

c.调整偏振分光棱镜的方向，使参考光束经偏振分光棱镜后分为两束光强基本相等，偏振方向正交的线偏光，对于线偏振参考光束，使参考光的偏振方向和入射面成45°夹角，对于圆偏振参考光束，则偏振分光棱镜主光轴方向可任意选择；

d.参考光束和物光束穿过偏振分光棱镜之后，在偏振分光棱镜正交的两个方向分别形成两幅偏振态正交的干涉图样，选择距离偏振分光棱镜相等的位置放置相机一和相机二，分别记录在一张图片上。

所述步骤3包含以下步骤：

a.使两幅全息图中样品的位置完全一致，像素点对应；