基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于透射点衍射式共路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两束光，分别照射第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射至第二非偏振分光棱镜，经第二非偏振分光棱镜汇合后再依次经过第二透镜、孔阵列、第一非偏振分光棱镜、第三透镜和偏振分光棱镜，形成两幅分别含有偏振水平分量和垂直分量信息的载波全息图，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。它结构简单紧凑，稳定性好，光能利用率高；且调整方便，也不需任何光栅、反射针孔、角反射镜等特殊光学元件，成本低。

Measurement device and method of polarization state parameters based on transmission point diffraction common path digital holography

The invention relates to a device and method for measuring the polarization state parameter based on the transmission point diffraction common circuit digital holography. 45 degrees linear polarization beam through the measured objects, the first lens, the first non polarized beam splitter, hole array, second lens, second non formed two beam polarization splitting prism after irradiation, respectively the first plane mirror and the second plane mirror and is reflected to the second non polarization beam splitter, by second the polarization splitting prism after confluence then passes through the second lens, hole array, the first non polarized beam splitter, third lens and a polarization beam splitter, carrier hologram formed two images which contain polarization of horizontal and vertical component information, image sensor acquisition to the computer and calculation of Stokes matrix and Jones matrix parameter parameter. It has the advantages of simple and compact structure, good stability and high utilization rate of light. It is easy to adjust, and does not need any special optical elements such as grating, reflecting pinhole, corner reflector and so on, with low cost.

【技术实现步骤摘要】
基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置与方法
本专利技术属于偏振态参量测量领域，特别涉及一种基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置与方法。
技术介绍
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GabrielPopescu等(ZhuoWang,LarryJ.Millet,MarthaU.Gillette,andGabrielPopescu,"Jonesphasemicroscopyoftransparentandanisotropicsamples,"Opt.Let本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置，包括波长为λ的光源(1)、45°线偏振调制系统(2)、准直扩束系统(3)，其特征是：该装置还包括第一透镜(5)、第一非偏振分光棱镜(6)、孔阵列(7)、第二透镜(8)、第二非偏振分光棱镜(9)、第一平面反射镜(10)、第二平面反射镜(11)、第三透镜(12)、偏振分光棱镜(13)、图像传感器(14)和计算机(15)；光源(1)发射的光束经过45°线偏振调制系统(2)调制，形成一束线偏振光束，经过准直扩束系统(3)准直扩束后，依次经过待测物体(4)、第一透镜(5)、第一非偏振分光棱镜(6)、孔阵列(7)、第二透镜(8)、第二非偏振分光棱镜(9...

【技术特征摘要】
1.一种基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置，包括波长为λ的光源(1)、45°线偏振调制系统(2)、准直扩束系统(3)，其特征是：该装置还包括第一透镜(5)、第一非偏振分光棱镜(6)、孔阵列(7)、第二透镜(8)、第二非偏振分光棱镜(9)、第一平面反射镜(10)、第二平面反射镜(11)、第三透镜(12)、偏振分光棱镜(13)、图像传感器(14)和计算机(15)；光源(1)发射的光束经过45°线偏振调制系统(2)调制，形成一束线偏振光束，经过准直扩束系统(3)准直扩束后，依次经过待测物体(4)、第一透镜(5)、第一非偏振分光棱镜(6)、孔阵列(7)、第二透镜(8)、第二非偏振分光棱镜(9)后形成两束光，分别照射第一平面反射镜(10)和第二平面反射镜(11)上并被反射至第二非偏振分光棱镜(9)，经第二非偏振分光棱镜(9)汇合后再依次经过第二透镜(8)、孔阵列(7)和第一非偏振分光棱镜(6)后，经第一非偏振分光棱镜(6)反射后，再经过第三透镜(12)和偏振分光棱镜(13)由图像传感器(14)的光接收面接收，图像传感器(14)的图像信号输出端连接计算机(15)；所述的待测物体(4)位于第一透镜(5)的前焦面上；第一透镜(5)、第二透镜(8)和第三透镜(12)构成共轭4f系统；孔阵列(7)位于共轭4f系统的频谱平面上，孔阵列(7)上含有分离的大孔A和针孔B，且大孔A中心位于光轴上，针孔B大小与波长λ在频谱平面产生的艾里斑直径大小d一致，其中d<1.22λf2/D、f2为第二透镜(8)的焦距、D为第二透镜(8)的通光孔径；第一平面反射镜(10)和第二平面反射镜(11)位于第二透镜(8)的共轭后焦平面上，第一平面反射镜(10)在第二非偏振分光棱镜(9)的出射光路上，第二平面反射镜(11)在第二非偏振分光棱镜(9)的反射光路上；偏振分光棱镜(13)按分光面与光轴方向平行放置；图像传感器(14)位于第三透镜(12)的后焦平面上。2.根据权利要求1所述的一种基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置，其特征在于：所述的第一平面反射镜(10)与光轴垂直放置且第二平面反射镜(11)与光轴成θ角倾斜放置，且所述的θ角不包括90°；或者第一平面反射镜(10)与光轴成θ角倾斜放置且第二平面反射镜(11)与光轴垂直放置，且所述的θ角不包括90°。3.根据权利要求1或2所述的一种基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置，其特征在于：所述的孔阵列(7)上的针孔B同经与光轴成θ角倾斜放置的第一平面反射镜(10)或第二平面反射镜(11)反射后并被第二透镜(8)聚焦的光斑匹配。4.根据权利要求1或2所述的一种基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置，其特征在于：将所述的偏振分光棱镜(13)按分光面与光轴方向成45°进行放置，并在第二偏振分光棱镜(13)的透射方向和反射方向分别放置第一图像传感器(141)和第二图像传感器(142)。5.一种基于权利要求1或2所述的基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置的测量方法，其特征在于：实现过程如下：(1)调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束经过45°线偏振调制系统调制，形成一束线偏振光束，经过准直扩束系统准直扩束后，依次经过待测物体和第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏振分光棱镜；汇合至第一非偏振分光棱镜并经其反射的物光和参考光，再经过第三透镜和偏振分光棱镜，在图像传感器平面上产生干涉分别形成含有水平分量的载波全息图Ix和垂直分量的载波全息图Iy；利用图像传感器采集两幅载波全息图上传到计算机中；(2)测量Stokes矩阵参量时，调整45°线偏振调制系统，使输入光束形成+45°或-45°线偏振光，一次曝光采集获得两幅全息图Ix和Iy，进而利用Stokes恢复算法完成Stokes矩阵参量恢复；(3)测量Jones矩阵参量时，调整45°线偏振调制系统，使输入光束形成+45°或-45°线偏振光，第一次曝光采集获得两幅全息图Ix1和Iy1；再次调整45°线偏振调制系统，使输入光束形成-45°或+45°线偏振光，第二次曝光采集获得另两幅全息图Ix2和Iy2；进而利用Jones恢复算法完成Jones矩阵参量恢复。6.一种基于权利要求4所述的基于透射点衍射式共路数字全息的偏振态参量测量装置的测量方法，其特征在于：实现过程如下：(1)调整整个光学系统，打开光源，射出波长为λ的光束经过45°线偏振调制系统调制，形成一束线偏振光束，经过准直扩束系统准直扩束后，依次经过待测物体和第一透镜后形成聚焦光束，再依次经过第一非偏振分光棱镜、孔阵列的大孔A、第二透镜和第二非偏振分光棱镜后形成两平面光束，分别照射在第一平面反射镜和第二平面反射镜上并被反射形成物光和参考光汇合至第二非偏振分光棱镜；物光再依次经过第二透镜和孔阵列的大孔A后照射第一非偏振分光棱镜；参考光再依次经过第二透镜和孔阵列的针孔B后照射第一非偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：单明广，刘磊，钟志，刘彬，张雅彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23