【摘要】：偏振是光的基本屬性之一,用來描述振蕩的電矢量的方向,是不同于光的強度和頻率的光的另一類信息形式。光的偏振信息的檢測不僅可以揭示光的不同偏振狀態(tài),也可以反映和揭示對偏振敏感的材料和介質(zhì)的特性。光的偏振本質(zhì)上就對光學各向異性敏感,可以用來反映結(jié)構(gòu)的局部有序性,揭示材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成,以及光的散射、發(fā)射和吸收等現(xiàn)象的本質(zhì)屬性。偏振也是波導、納米加工及生物醫(yī)學等工程中描述光與物質(zhì)相互作用的重要參量。此外,對反映材料偏振響應參量的測量在揭示材料的雙折射性質(zhì)、表征光學器件復雜調(diào)制特性、發(fā)現(xiàn)光與物質(zhì)相互作用的物理機制等方面都具有重要的意義。傳統(tǒng)的基于強度的傳感器無法探測光線的偏振信息,而且由于偏振固有的矢量特性,導致對同一個偏振信息通常需要進行多次測量,每次一般只能測量其中一個矢量分量。因此相對于頻率和強度,光的偏振信息的測量要更復雜,而對于偏振敏感材料和器件偏振特性的測量則更加困難,目前對這類材料和器件偏振特性的高效、全面測量還是一個亟待解決的問題。本論文針對偏振敏感材料和器件的全息偏振測量和成像方法開展理論和實驗研究,主要研究內(nèi)容如下:1.綜述了目前已有的偏振敏感材料偏振特性的測量方法。針對偏振敏感材料偏振特性兩種描述形式(米勒矩陣和瓊斯矩陣形式)的測量方法分別作了概述。對于瓊斯矩陣的測量,根據(jù)測量方法的不同,分為基于強度的測量、基于強度和相位的測量以及基于數(shù)字全息的測量方法等幾種類型,分別介紹了一些典型的測量方案;對于米勒矩陣的測量,主要介紹了基于旋轉(zhuǎn)光學元件法、光彈性調(diào)制器法和液晶可變延遲器等三類測量方法。2.對偏振的基本理論及偏振敏感介質(zhì)偏振特性的描述進行了綜述。介紹了偏振光的基本理論及常見的兩種偏振光的矩陣描述形式:瓊斯列矩陣和斯托克斯列矩陣;在此基礎(chǔ)上,對偏振器件的矩陣形式及運算方法進行了描述;針對研究的內(nèi)容,重點對一般偏振敏感材料偏振特性的描述方式進行了歸納,包括瓊斯矩陣的描述方式和米勒矩陣的描述方式,并對兩種描述方式的聯(lián)系和區(qū)別進行了說明。3.對點源照明下的離軸菲涅爾全息進行了理論分析和模擬計算。針對全息記錄公式中物波項的分析結(jié)果表明:在點源照明下離軸菲涅爾全息圖的物波項等于放大后的物體的菲涅爾衍射,并給出了衍射距離的計算公式;通過理論分析得到了全息圖物波項和物波共軛項的頻移量,并通過模擬計算討論了點源間距、點源平面與物平面間距、以及物平面與記錄面間距等參量對全息圖再現(xiàn)的影響。4.提出了一種基于雙正交光柵和角分復用的四通道偏振全息成像的方法及測量系統(tǒng)。利用雙正交光柵結(jié)合角分復用技術(shù),實現(xiàn)了四通道偏振全息成像,基于該方法搭建的系統(tǒng)能夠通過一步測量得到偏振敏感材料空間分辨的瓊斯矩陣的全部復數(shù)參量。從理論上對該方法進行了分析,給出了利用四通道角分復用全息圖復原偏振敏感材料瓊斯矩陣參量的具體步驟和公式描述;利用計算機編程,對該方法的可行性進行了計算驗證;通過實驗系統(tǒng)的設(shè)計和建立,對復合波帶板的瓊斯矩陣進行了實驗測量,得到了二維瓊斯矩陣;基于測量得到的瓊斯矩陣,模擬計算了測量樣品對入射光的偏振響應,計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果基本一致。5.提出了一種基于單模光纖的無透鏡瓊斯矩陣全息測量和成像系統(tǒng)。針對已有的偏振測量方法存在的需要多次調(diào)整偏振元件,或者使用復雜的光路系統(tǒng)實現(xiàn)一步測量的問題,提出了一種基于單模光纖的無透鏡瓊斯矩陣全息測量和成像系統(tǒng),該系統(tǒng)基于光纖和無透鏡離軸菲涅爾全息的原理進行設(shè)計,僅僅需要三個分光棱鏡就能實現(xiàn)全息圖的四通道角分復用,極大的減少了光學器件的數(shù)量。系統(tǒng)光路簡單、易于調(diào)節(jié)且避免了透鏡像差的影響。通過對復合偏振片瓊斯矩陣的實驗測量,驗證了方案的可行性。作為對偏振測量的應用實例,分別測量給出了應力作用下PMMA樣品、云母片樣品和生物樣品的瓊斯矩陣參量,并通過計算得到的瓊斯矩陣,進一步給出了樣品沿不同主軸方向的特征值相位,以及與此相對應的偏振光經(jīng)樣品傳播后在兩主軸方向上產(chǎn)生的相位延遲。6.對扭曲向列型液晶空間光調(diào)制器(TN-LCSLM)在全灰度階下的瓊斯矩陣復數(shù)參量進行了實驗測量。提出利用基于雙光源的離軸全息結(jié)合角分復用全息技術(shù),實現(xiàn)TN-LCSLM全灰度二維瓊斯矩陣一步測量的方法。首先對離軸全息中系統(tǒng)噪聲和相位包裹產(chǎn)生的原因進行了分析;然后分析了TN-LCSLM不同的電壓狀態(tài)對瓊斯矩陣測量的影響,提出了消除TN-LCSLM關(guān)態(tài)背景噪聲的方法,并進行了詳細的理論分析;最后通過實驗測量得到了TN-LCSLM在0-255灰度階的二維空間分辨的瓊斯矩陣的全部復數(shù)參量;進一步利用測量得到的結(jié)果,分析了TN-LCSLM的透射特性。
【圖文】：

[73]。圖1.13 基于液晶相位可變延遲器的米勒矩陣測量裝置[73]1.3 本論文的主要研究內(nèi)容偏振敏感材料偏振參量的測量對于揭示材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或雙折射性質(zhì)、表征光學器件

軸會轉(zhuǎn)過一個角度，，而橢圓的形狀與轉(zhuǎn)向不變，即 的大小和正負皆不改變，如圖 2.5所示。圖2.5 橢圓長軸轉(zhuǎn)過角度示意圖當旋光角為正值時，意味著逆時針轉(zhuǎn)過了一個角度 ad，d 是晶體厚度，a 是比例旋光系數(shù)，其瓊斯矩陣為， 2 /cos sinsin cosj ndad adT ead ad 或 cos sinsin cosad adTad ad (2.60)4.光纖的瓊斯矩陣[77,78]：長度為 L 的一段光纖的瓊斯矩陣可以表示為：* *A BMB A (2.61)
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O436.3

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本文編號：2528062