[发明专利]一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的方法与系统

权利要求书

1.一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、调整光路，使得携带样品信息的物光束与参考光束干涉，并使相机一和相机二上同时出现一幅大小相同、偏振态正交的全息图样；

步骤2、同时数字记录两个相机上的全息图，并将两幅全息图分别记为和其中I₁和I₂表示全息图的强度，A_o1、A_o2、A_r1和A_r2表示物光和参考光经过偏振分光棱镜后的振幅，和表示物光和参考光经过偏振分光棱镜后的相位差；

步骤3、根据波动光学理论，数值模拟光波的衍射重建过程，对全息图进行数值重建，获得物光波场的振幅和相位分布信息；

步骤4、根据几何相位的相关定理，由数值重建的物光波场的振幅和相位分布计算出各物光波场上任一点的斯托克斯参量；

所述步骤1包含以下步骤：

a.调整光学元件获得两束扩束准直后偏振态已知的偏振光束，并保证两束光强度相差较小；

b.其中一束光经样品调制，其振幅、相位和偏振态发生变化，作为物光束，另一束光作为参考光束，两束光汇合后一起入射到偏振分光棱镜；

c.调整偏振分光棱镜的方向，使参考光束经偏振分光棱镜后分为两束光强基本相等，偏振方向正交的线偏光，对于线偏振参考光束，使参考光的偏振方向和入射面成45°夹角，对于圆偏振参考光束，则偏振分光棱镜主光轴方向可任意选择；

d.参考光束和物光束穿过偏振分光棱镜之后，在偏振分光棱镜正交的两个方向分别形成两幅偏振态正交的干涉图样，选择距离偏振分光棱镜相等的位置放置相机一和相机二，分别记录在一张图片上；

所述步骤3包含以下步骤：

a.使两幅全息图中样品的位置完全一致，像素点对应；

b.对两幅数字全息图分别利用数字全息术中通用的数值重建算法进行数值重建，并进行相位进行解包裹处理，由两幅全息图分别获得穿过样品后物光对应的复振幅分布E₁、E₂，其中，β是图像采集器件的曝光参数，I_O1和I_O2分别为遮挡参考光情形下相机一和相机二记录的物光强度，I_R1和I_R2分别为遮挡物光情形下相机一和相机二记录的参考光强度；

所述步骤4包含以下步骤：

a.对步骤3获得的复振幅进行如下计算，此处χ和ψ分别表示样品上某一点的偏振态用庞加莱球表示时的方位角和极角；

b.根据庞加莱球和斯托克斯参量的关系，由下式得到归一化的斯托克斯参量，

至此，获得表征样品上任一点偏振态的斯托克斯参量。

2.一种基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的系统，包括一个激光器，一扩束准直装置，一偏振片，一样品，反射镜，非偏振分光棱镜一，非偏振分光棱镜二，一偏振分光棱镜，相机一，相机二和一计算机，其中，所述激光器发出的光经过所述准直装置准直后被所述非偏振分光棱镜一分成两束，其中一束光穿过样品或经样品反射后携带样品信息作为物光束，另一束光作为参考光束，两束光经所述反射镜反射后通过非偏振分光棱镜二汇合，旋转所述偏振分光棱镜，使得参考光束经过偏振分光棱镜后分为两束光强基本相等，偏振方向正交的线偏光，参考光束和物光束经过偏振分光棱镜之后，形成两幅偏振态正交的干涉图样，利用所述相机一和相机二将两幅全息图记录，由所述计算机将两幅全息图中样品的位置完全一致，像素点对应，进一步进行数值重建，最终得到物光波场对应的振幅和相位信息，经过计算机处理得到样品的偏振态信息。

3.根据权利要求2所述的基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的系统，其特征在于：所述准直装置为一透镜组。

4.根据权利要求2所述的基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的系统，其特征在于：所述非偏振分光棱镜用于将光的能量分为两部分。

5.根据权利要求2所述的基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的系统，其特征在于：所述偏振分光棱镜作用为产生两组空间分离，偏振方向正交并存在一定相位差的全息图。

6.根据权利要求2所述的基于偏振分光棱镜的测量样品偏振态的系统，其特征在于：所述相机为CCD或CMOS等图像采集器件。