一種二維瓊斯矩陣參量的全息測量方法及實施裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種二維瓊斯矩陣參量的全息測量方法及實施裝置，對兩束互不相干的激光進行衍射分光，將分光后的兩束零級衍射光轉變成振動方向正交的線偏振光照射到偏振敏感樣品上，透過樣品后成為包含樣品偏振信息的物光波；同時對兩光源的一級衍射光進行濾波，各自保留兩束一級衍射光并將其分別轉變成振動方向與零級衍射光偏振方向成+45度和-45度的線偏振光，這四束線偏振光作為參考光與物光波干涉，形成包含物光波的振幅、相位和偏振信息的四通道瓊斯矩陣全息圖，進行數據處理得到偏振敏感樣品二維瓊斯矩陣全部四個矩陣元的復振幅分布。本發明測量效率高，只需要一步測量就能提取出待測樣品瓊斯矩陣全部四個參數的復振幅空間分布。
【專利說明】一種二維瓊斯矩陣參量的全息測量方法及實施裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種二維瓊斯(Jones)矩陣參量的全息測量方法及實施裝置。
【背景技術】
[0002]當一束光通過偏振敏感材料后，除了振幅和相位會發生變化,它的偏振態也會發生改變。一般情況下，透過偏振敏感材料的光場E°ut和入射光場Ein之間的關系可以表示為:
【權利要求】
1.一種二維瓊斯矩陣參量的全息測量方法，其特征是，包括以下步驟: (1)采用兩個互不相干的光源S1、S2作為測量光源； (2)從SI和S2發出的光束首先分別通過兩個正交光柵CGl和CG2的衍射，然后再通過一個偏振分光鏡分成兩路:一路為物波光路，另一路為參考光路； (3)在物波光路中，用一個低通濾波器擋住來自CGl和CG2的衍射光束中的高級衍射光，只讓其中的零級衍射光通過作為照明光照射到被測樣品上，該照明光包含了兩個正交的偏振分量Al和A2，分別來自光源SI和S2 ； (4)在參考光路中，用一個四通道偏振空間濾波器先對來自CGl和CG2的衍射光束進行空間濾波，保留其中的四束一級衍射光作為參考光，再通過兩組與物波光路中照明光的偏振分量分別成+45度角和一 45度角的正交線偏振器使四束參考光變成兩兩正交的線偏振光; (5)物波光路中照明光透過被測樣品產生的物光和參考光路中的四個偏振參考光通過一個非偏振分光棱鏡耦合在記錄平面疊加形成包含物波的振幅、相位和偏振信息的強度圖樣，稱為四通道瓊斯矩陣全息圖；用圖像傳感器記錄所述全息圖，對所記錄的全息圖進行數據處理，得到被測樣品的二維瓊斯矩陣所有四個參量的復振幅分布。
2.如權利要求1所述的全息測量方法，其特征是，所述步驟(4)中，其具體方法為:在參考光路中，用一個四通道偏振空間濾波器擋住來自CGl和CG2的衍射光束中的零級衍射光，且只讓四束一級衍射光Rll，R12，R21和R22通過作為記錄四通道角分復用全息圖的四束參考光，其中兩束一級衍射光Rll和R12是光源SI通過光柵CGl的一級衍射光，另兩束一級衍射光R21和R22則是光源S2通過光柵CG2的一級衍射光；再通過兩組與物波光路中照明光的偏振分量Al、A2分別成+45度角和一 45角的正交線偏振器使四束參考光變成兩兩正交的線偏振光。
3.如權利要求1所述的全息測量方法，其特征是，所述步驟(5)中，數據處理過程，包括以下處理步驟: (I)輸入由圖像傳感器記錄的干涉圖樣，即四通道瓊斯矩陣全息圖； (II)計算四通道瓊斯矩陣全息圖的空間頻譜； (III)從全息圖的空間頻譜中提取物波和參考波的一組互相關項的頻譜信息，再利用二維傅里葉逆變換將其變換到空域； (IV)確定瓊斯矩陣參量。
4.如權利要求3所述的全息測量方法，其特征是，所述步驟(1)中，干涉圖樣的總強度分布為:
其中，Jxx, Jxy, Jyx和Jyy是四個待測量的瓊斯矩陣參量，用來表征樣品的偏振敏感特性。
5.如權利要求4所述的全息測量方法，其特征是，所述步驟(1)中，干涉圖樣的總強度分布改寫為/ = Z0 +? +^+?+^+?+?+?，其中:
1O = I AJxx I 2+ I AJyx I 2+ I A2Jxy I 2+ I A2Jyy I 2
+ |Rll|2+|R2l|2+lR12|2+lR22|2，
Y11 = A1Rni(Jx^Jyx)
Y12 = A1R1^(Jxx-Jyx)
Y21 = A2R21* (Jxy+Jyy)
X 22 一 A2R22 (Jxy-Jyy)， 上述公式中的上標“P表示復共軛運算。
6.如權利要求3所述的全息測量方法，其特征是，所述步驟(IV)中，待測量的瓊斯矩陣參量則由下式確定:
其中，==AX2Y22, Y^l = A1Rll, ^ =-44，它們的取值可從未放置樣品時記錄的背景瓊斯矩陣全息圖中提取出來。
7.基于權利要求1-6中任一項所述的實施裝置，其特征是，包括光源系統、光柵衍射系統、干涉系統、記錄系統和數據處理系統；所述光源系統包括兩個互不相干的光源SI和S2，由SI和S2發出的兩束光先分別經過由兩個二維正交光柵CGl和CG2組成的衍射系統衍射后，再通過一個偏振分光鏡分別進入干涉系統的物波光路和參考光路；在物波光路中，通過低通濾波只保留從衍射系統出射的零級衍射光作為照明光入射到樣品上，透過樣品后形成包含樣品偏振信息的物光波；在參考光路中，利用一個四通道偏振空間濾波器進行濾波處理和偏振處理，只保留從衍射系統出射的四束一級衍射光作為參考光波；物光波與參考光波通過一個非偏振分光鏡在記錄平面疊加，疊加光場由記錄系統記錄，得到包含物光波的振幅、相位和偏振信息的四通道瓊斯矩陣全息圖，利用數據處理系統對記錄的全息圖進行數據處理得到樣品的二維瓊斯矩陣全部四個矩陣參量的振幅和相位分布。
8.如權利要求7所述的實施裝置，其特征是，所述干涉系統，為馬赫-曾德干涉系統，包括一個入射偏振分光鏡、一個出射非偏振分光鏡、兩個反射鏡、稱合變換透鏡、低通空間濾波器和四通道偏振空間濾波器；入射偏振分光鏡將進入干涉系統的光線分成兩組偏振態正交的線偏振光分別入射到樣品光路和參考光路，出射非偏振分光鏡對形成的物光波和參考光波進行匯聚出射。
9.如權利要求7所述的實施裝置，其特征是，所述物波光路的照明光，包括通過兩個二維正交光柵CGl和CG2形成的兩束零級衍射光，這兩束零級衍射光均為線偏振光且偏振方向互相垂直。
10.如權利要求7所述的實施裝置，其特征是，所述四通道偏振空間濾波器的濾波處理和偏振處理，是指先通過四通道偏振空間濾波器對進入參考光路的光進行濾波，只讓通過兩個正交光柵形成的多束一級衍射光中的四束通過，其中兩束來自正交光柵CGl，另兩束來自CG2 ;然后再通過四通道偏振空間濾波器所附的兩組與樣品光路中照明光的偏振分量Al或A2分別成+45度角和一 45角的正交線偏振器使四束參考光變成兩兩正交的線偏振光。
【文檔編號】G01J4/00GK104198040SQ201410494927
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】國承山, 劉軒, 王本義, 謝一言 申請人:山東師范大學
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