[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

摘要

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。

主权项

一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的方法与系统，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，并使两个相机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，Ao1、Ao2、Ar1和Ar2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(如图1，所得的光束1和光束2)，并保证两束光强度相差较小；b.其中一束光经样品调制(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，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；b.对两幅数字全息图分别利用数字全息术中通用的数值重建算法进行数值重建，并进行相位解包裹处理，由两幅全息图分别获得穿过样品后物光对应的复振幅分布E1、其中，β是图像采集器件的曝光参数。所述步骤4包含以下步骤：a.对步骤3获得的复振幅进行如下计算，此处χ和ψ分别表示物光波场上某一点的偏振态用庞加莱球表示时的方位角和极角；b.根据庞加莱球和斯托克斯参量的关系，由下式得到归一化的斯托克斯参量，至此，获得表征样品上任一点偏振态的斯托克斯参量。