基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

马骏; 袁操今; 冯少彤; 聂守平

doi:10.7498/aps.62.224204

摘要

提出了一种在数字全息记录系统中利用偏振和角分复用技术对光场进行偏振态检测的方法. 将全息系统中的一束参考光分为偏振方向相互正交、初相位相同的两束光, 并分别与物光相同偏振方向的两个分量干涉, 形成两幅子全息图, 同时记录在一帧画面中. 为了分开记录到的物光两个分量, 系统中利用了角分复用技术, 即在两束参考光中引入不同载频, 使物光两分量的频谱位于全息图频谱面的不同区域. 通过滤波、逆傅里叶变换和衍射计算, 获取距离全息图不同位置处物光两正交分量复振幅信息. 利用复振幅信息, 可以构建被测物光的斯托克斯参量和琼斯矢量, 从而表征物光的偏振态. 实验中, 通过对一束椭圆偏振光进行偏振态测量以及对该光束在不同空间位置处的偏振态进行表征, 表明该方法可以实现光束偏振态全场测试, 并且具有较高的可靠性.

关键词:

Abstract

Based on digital holography recording system, it is proposed to use both polarization and angular multiplexing techniques to detect a polarization state. Reference beam is divided into two beams with orthogonal polarization directions and equal initial phases. And the beams interfere with the two orthogonal components of object wave respectively, which generates two holograms recorded in one frame. The use of angular multiplexing separates the two orthogonal components of object wave in the Fourier domain by respectively introducing carriers towards different directions. By numerical filtering, inverse Fourier transform and then diffraction calculation, complex amplitude of object wave can be obtained at different distances to the holograms. With the obtained complex amplitude, it is possible to work out both the Stokes parameters and Jones vector, which describe the polarization state of the object wave. The measuring of elliptical polarization state and the characterizing of polarization states at different locations on axis prove the validity of this real-time full-field detection method.

Keywords:

作者及机构信息

1.
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 南京 210094;

2.
南京师范大学物理科学与技术学院, 南京 210097

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61205162)、中国科学院天文光学技术重点实验室开放课题基金(批准号: CAS-KLAOT-KF201204)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 30920130111007)资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China;

2.
Department of Physics, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61205162), the Opening Project of Key Laboratory of Astronomical Optics and Technology, Chinese Academy of Sciences (Grant No. CAS-KLAOT-KF201204), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (Grant No. 30920130111007).

参考文献

[1]	Teschke M, Sinzinger S 2009 J. Opt. Soc. Am. A 26 1015
[2]	Demos S G, Alfano R R 1997 Appl. Opt. 36 150
[3]	Lerman G M, Stern L, Levy U 2010 Opt. Express 18 27650
[4]	Beckley A M, Brown T G, Alonso M A 2012 Opt. Express 20 9357
[5]	Pu J X, Wang T, Lin H C, Li C L 2010 Chin. Phys. B 19 089201
[6]	Zhao W Q, Tang F, Qiu L R, Liu D L 2013 Acta Phys. Sin. 62 054201 (in Chinese) [赵维谦, 唐芳, 邱丽荣, 刘大礼 2013 物理学报 62 054201]
[7]	Mann C, Yu L F, Lo C M, Kim M 2005 Opt. Express 13 8693
[8]	Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 1999 Appl. Opt. 38 6994
[9]	Colomb T, Dahlgren P, Beghuin D, Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 2002 Appl. Opt. 41 27
[10]	Ohtsuka Y, Oka K 1994 Appl. Opt. 33 2633
[11]	Colomb T, Cuche E, Montfort F, Marquet P, Depeursinge C 2004 Opt. Commun. 231 137
[12]	Yokota M, Terui Y, Yamaguchi I 2006 Opt. Rev. 13 405
[13]	Yokota M 2008 Appl. Opt. 47 6325
[14]	Yokota M, Terui Y, Yamaguchi I 2007 Opt. Eng. 46 055801
[15]	Chen P, Tang Z L, Wang J, Fu X D, Chen F H 2012 Acta Phys. Sin. 61 104202 (in Chinese) [陈萍, 唐志列, 王娟, 付晓娣, 陈飞虎 2012 物理学报 61 104202]
[16]	Nomura T, Javidi B, Murata S, Nitanai E, Numata T 2007 Opt. Lett. 32 481
[17]	Colomb T, Drr F, Cuche E, Marquet P, Limberger H G, Salathé R P, Depeursinge C 2005 Appl. Opt. 44 4461
[18]	Rong L, Xiao W, Pan F, Liu S, Li R 2010 Chin. Opt. Lett. 8 653
[19]	Nomura T, Murata S, Nitanai E, Numata T 2006 Appl. Opt. 45 4873
[20]	Goldstein D 2003 Polarized Light (2nd Ed.) (New York: Marcel Dekker, Inc.) p211

施引文献

[1]	Teschke M, Sinzinger S 2009 J. Opt. Soc. Am. A 26 1015
[2]	Demos S G, Alfano R R 1997 Appl. Opt. 36 150
[3]	Lerman G M, Stern L, Levy U 2010 Opt. Express 18 27650
[4]	Beckley A M, Brown T G, Alonso M A 2012 Opt. Express 20 9357
[5]	Pu J X, Wang T, Lin H C, Li C L 2010 Chin. Phys. B 19 089201
[6]	Zhao W Q, Tang F, Qiu L R, Liu D L 2013 Acta Phys. Sin. 62 054201 (in Chinese) [赵维谦, 唐芳, 邱丽荣, 刘大礼 2013 物理学报 62 054201]
[7]	Mann C, Yu L F, Lo C M, Kim M 2005 Opt. Express 13 8693
[8]	Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 1999 Appl. Opt. 38 6994
[9]	Colomb T, Dahlgren P, Beghuin D, Cuche E, Marquet P, Depeursinge C 2002 Appl. Opt. 41 27
[10]	Ohtsuka Y, Oka K 1994 Appl. Opt. 33 2633
[11]	Colomb T, Cuche E, Montfort F, Marquet P, Depeursinge C 2004 Opt. Commun. 231 137
[12]	Yokota M, Terui Y, Yamaguchi I 2006 Opt. Rev. 13 405
[13]	Yokota M 2008 Appl. Opt. 47 6325
[14]	Yokota M, Terui Y, Yamaguchi I 2007 Opt. Eng. 46 055801
[15]	Chen P, Tang Z L, Wang J, Fu X D, Chen F H 2012 Acta Phys. Sin. 61 104202 (in Chinese) [陈萍, 唐志列, 王娟, 付晓娣, 陈飞虎 2012 物理学报 61 104202]
[16]	Nomura T, Javidi B, Murata S, Nitanai E, Numata T 2007 Opt. Lett. 32 481
[17]	Colomb T, Drr F, Cuche E, Marquet P, Limberger H G, Salathé R P, Depeursinge C 2005 Appl. Opt. 44 4461
[18]	Rong L, Xiao W, Pan F, Liu S, Li R 2010 Chin. Opt. Lett. 8 653
[19]	Nomura T, Murata S, Nitanai E, Numata T 2006 Appl. Opt. 45 4873
[20]	Goldstein D 2003 Polarized Light (2nd Ed.) (New York: Marcel Dekker, Inc.) p211

[1]	王志全, 施卫. 太赫兹时域光谱中脉冲太赫兹波全息探测. 物理学报, 2022, 71(18): 188704. doi: 10.7498/aps.71.20220983
[2]	钟志, 赵婉婷, 单明广, 刘磊. 远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法. 物理学报, 2021, 70(15): 154202. doi: 10.7498/aps.70.20210190
[3]	张益溢, 吴佳琛, 郝然, 金尚忠, 曹良才. 基于数字全息的血红细胞显微成像技术. 物理学报, 2020, 69(16): 164201. doi: 10.7498/aps.69.20200357
[4]	左冠华, 杨晨, 赵俊祥, 田壮壮, 朱诗尧, 张玉驰, 张天才. 基于参量放大器的铯原子D₂线明亮偏振压缩光源的产生. 物理学报, 2020, 69(1): 014207. doi: 10.7498/aps.69.20191009
[5]	齐淑霞, 刘圣, 李鹏, 韩磊, 程华超, 吴东京, 赵建林. 高效产生任意矢量光场的一种方法. 物理学报, 2019, 68(2): 024201. doi: 10.7498/aps.68.20181816
[6]	周宏强, 万玉红, 满天龙. 基于位相变更的非相干数字全息自适应成像. 物理学报, 2018, 67(4): 044202. doi: 10.7498/aps.67.20172202
[7]	刘绩林, 陈子阳, 张磊, 蒲继雄. 角向偏振无衍射光束的传输特性及其偏振态研究. 物理学报, 2015, 64(6): 064201. doi: 10.7498/aps.64.064201
[8]	谷婷婷, 黄素娟, 闫成, 缪庄, 常征, 王廷云. 基于数字全息图的光纤折射率测量研究. 物理学报, 2015, 64(6): 064204. doi: 10.7498/aps.64.064204
[9]	王美洁, 贾维国, 张思远, 门克内木乐, 杨军, 张俊萍. 低双折射光纤中拉曼增益对光偏振态的影响. 物理学报, 2015, 64(3): 034212. doi: 10.7498/aps.64.034212
[10]	王大勇, 王云新, 郭莎, 戎路, 张亦卓. 基于多角度无透镜傅里叶变换数字全息的散斑噪声抑制成像研究. 物理学报, 2014, 63(15): 154205. doi: 10.7498/aps.63.154205
[11]	王林, 袁操今, 聂守平, 李重光, 张慧力, 赵应春, 张秀英, 冯少彤. 数字全息术测定涡旋光束拓扑电荷数. 物理学报, 2014, 63(24): 244202. doi: 10.7498/aps.63.244202
[12]	卢明峰, 吴坚, 郑明. 数字全息周期像的产生机理及在抑制零级衍射上的应用. 物理学报, 2013, 62(9): 094207. doi: 10.7498/aps.62.094207
[13]	李俊昌, 楼宇丽, 桂进斌, 彭祖杰, 宋庆和. 数字全息图取样模型的简化研究. 物理学报, 2013, 62(12): 124203. doi: 10.7498/aps.62.124203
[14]	李俊昌. 数字全息重建图像的焦深研究. 物理学报, 2012, 61(13): 134203. doi: 10.7498/aps.61.134203
[15]	陈萍, 唐志列, 王娟, 付晓娣, 陈飞虎. 用Stokes参量法实现数字同轴偏振全息的研究. 物理学报, 2012, 61(10): 104202. doi: 10.7498/aps.61.104202
[16]	徐先锋, 韩立立, 袁红光. 两步相移数字全息物光重建误差分析与校正. 物理学报, 2011, 60(8): 084206. doi: 10.7498/aps.60.084206
[17]	崔华坤, 王大勇, 王云新, 刘长庚, 赵洁, 李艳. 无透镜傅里叶变换数字全息术中非共面误差的自动补偿算法. 物理学报, 2011, 60(4): 044201. doi: 10.7498/aps.60.044201
[18]	李俊昌, 张亚萍, 许蔚. 高质量数字全息波面重建系统研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5385-5391. doi: 10.7498/aps.58.5385
[19]	董传华. 在与原子相互作用中光偏振态的量子描述及其演化. 物理学报, 2005, 54(2): 687-695. doi: 10.7498/aps.54.687
[20]	苏慧敏, 郑锡光, 王霞, 许剑锋, 汪河洲. 计算机模拟偏振对激光全息的影响. 物理学报, 2002, 51(5): 1044-1048. doi: 10.7498/aps.51.1044

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