[发明专利]基于载频正交透射点衍射数字全息的偏振态参量测量装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于载频正交透射点衍射数字全息的偏振态参量测量装置与方法。45°线偏振光束经过待测物体、第一透镜、第一非偏振分光棱镜、孔阵列、第二透镜、第二非偏振分光棱镜后形成物光和参考光；物光照射第一平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，参考光经过偏振分光棱镜再次分成两束光，分别照射第二平面反射镜和第三平面反射镜并被反射，再次经过偏振分光棱镜照射第二非偏振分光棱镜；汇合至第二非偏振分光棱镜的物光和参考光，再依次经过第二透镜、孔阵列、第一非偏振分光棱镜、第三透镜形成含有偏振分量信息的载波正交全息图，被图像传感器采集到计算机并计算获得Stokes矩阵参量和Jones矩阵参量。

技术领域

本发明属于偏振态参量测量领域，特别涉及一种基于载频正交透射点衍射数字全息的偏振态参量测量装置与方法。

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琼斯矩阵测量，但该技术需要四次曝光采集才能实现琼斯矩阵参量测量，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琼斯矩阵参量测量，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 104198040 B“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琼斯矩阵参量测量，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矩阵参量和琼斯矢量测量，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，提供一种结构简单紧凑，系统稳定的基于载频正交透射点衍射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装置的基于载频正交透射点衍射数字全息的偏振态参量测量方法。

本发明的目的是这样实现的：