[发明专利]基于像素的波片阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体来讲，本发明涉及基于像素尺寸的波片阵列、该波片阵列的制备方法及其相关应用方法和设备。本发明的波片阵列的每一个阵列单元的尺寸与所搭配使用的图像传感器(CCD或CMOS)像素尺寸相一致，可用于实时提取和分析具有任意偏振状态的入射光的光强和偏振的图像信息，也即获得入射光的斯托克斯参量；另外，本发明还可应用于数字全息技术中，可实时解算出物光的光强和相位分布，实现动态物体相位测量。

背景技术

1852年，斯托克斯(stokes)提出用四个参量来描述光波的强度和偏振态。它可以描述光的所有偏振态，四个参量都是光强的时间平均值，组成一个数学矢量。传统的获得入射光的斯托克斯矢量的方法，需要经过多次曝光，每次曝光时需要改变偏振片的偏振方向或者改变相位延迟，操作较为复杂，且只能应用于被测量光的光强和相位不变的情况下，对于变化的光强和相位则不能测量。

传统照相技术只能记录物体的光强信息，而不能记录相位信息。为了记录物光波的相位信息，采用全息相移技术，引入参考光，通过对参考光进行多次相移，分别记录多帧干涉图的光强信息，从而解算出记录平面物光波的光强和相位信息。传统的应用相移法获得物光波的光强和相位的全息干涉方法，需要在参考光路中加入压电陶瓷，通过压电陶瓷来调节参考光的光程，也即改变了记录平面参考光的相位，获得物光与参考光不同的相位差。通过对物光和参考光不同相位差时采集图像，记录多帧干涉图像才能解算出物光的光强和相位信息，因此只能测量静态物体的光强和相位信息，而不能测量动态物体的光强和相位信息。

近几年出现的微偏振片阵列是一种用于测量光经过不同透过方向的像素尺寸的偏振片单元后各个偏振方向的光强的器件，通常与图像传感器(例如数码相机)搭配使用从而获得包含由该微偏振片阵列测得的各偏振分量的图像，并可以进行实时相移分析(见下方参考文献1)。偏振片阵列制备方法主要有基于聚乙烯醇薄膜刻蚀(见下方参考文献2)、基于光控取向的液晶材料(见下方参考文献3)以及基于金属纳米光栅(见下方参考文献4、5)几种。微偏振片阵列解决了实时相移数字全息和实时获得图像四个斯托克斯矢量的问题，但微偏振片阵列制作工艺较为复杂，因此成本也很高。

参考文献1：T.Tahara，K.Ito，et al.(2010).″Parallel phase-shifting digital holographic microscopy.″Biomedical Optics Express1(2)：610-616；

参考文献2：V.Gruev，A.Ortu，et al.(2007).″Fabrication of a dual-tierthin film micropolarization array.″Optics Express15(8)：4994-5007；

参考文献3：Z.Xiaojin，F.Boussaid，et a1.(2011).″High-resolution thin″guest-host″micropolarizer arrays for visible imaging polarimetry.″Optics Express19(6)：5565-55735573；

参考文献4：V.Gruev，(2011).″Fabrication of a dual-layer aluminum nanowires polarization filter array.″Optics Express19(24)：24361-24369；

参考文献5：发明名称为“基于金属纳米光栅的微偏振片阵列及其制备方法”的中国发明专利申请，申请人为中国科学技术大学，申请号为201310030339.1，发明人为张青川、张志刚、赵旸。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提出一种基于像素的波片阵列及其制备方法，以实时提取和分析任意入射光的斯托克斯参量，并应用于实时相移数字全息技术来获得动态物体的光强分布和相位信息。

(二)技术方案