[发明专利]一种基于渥拉斯顿棱镜的测量样品偏振态的方法与系统

说明书

本发明公开了一种利用渥拉斯顿棱镜的测量样品全偏振态的方法与系统，准直透镜准直后的平行光经非偏振分光棱镜分成两束光，其中一束光穿过样品后作为物光，另一束光作为参考光，两束光经所述反射镜反射后通过非偏振分光棱镜合并。参考光和物光穿过渥拉斯顿棱镜之后，在不同位置形成两幅偏振态正交的干涉图样。利用所述相机将两幅全息图记录在一张图片上。由所述计算机从所记录的一幅图中提取获得两幅全息图，进行数值重建，最终得到穿过样品后物光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。相比较传统Mueller显微镜的使用，避免了多次采集受环境的影响，提高了系统的稳定性和实时测量能力。

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及数字全息技术领域。

背景技术

数字全息术以其快速实时、非破坏性、非侵入性、全场测量等优点，被广泛用于流场测量、形变测量、形貌分析、显微成像等领域。但是常用的数字全息术只能得到待测光场的振幅和相位信息，而物体所携带的偏振态信息也是其最重要的性质之一。目前应用于生物学中的Mueller显微镜可以测量生物组织的Mueller矩阵，但是需要多次调整入射光的偏振态，记录多组强度信息来反解出生物组织偏振信息，过程非常繁琐且精度有限。在几何相位理论中，光波的偏振态信息和相位信息是结合在一起的，通过利用数字全息术测量样品的相位，可以很方便的计算获得样品的偏振态信息。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出一种基于渥拉斯顿棱镜的测量样品偏振态信息的方法与系统，主要是利用偏振态和几何相位的关系，通过与数字全息术相结合，用相位信息计算偏振态信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于渥拉斯顿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，并使相机上出现两幅大小相同、偏振态正交的全息图样；

步骤2、数字记录全息图样获得两幅全息图，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渥拉斯顿棱镜后的振幅，和表示物光和参考光经过渥拉斯顿棱镜后的相位差；

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(如图1，所得的光束1和光束2)，并保证两束光强度相差较小；

b.其中一束光经样品调制(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渥拉斯顿棱镜；

c.调整渥拉斯顿棱镜的主光轴方向，使参考光束经渥拉斯顿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，使渥拉斯顿棱镜主光轴与参考光束的偏振方向成45°夹角，对于圆偏振参考光束，则渥拉斯顿棱镜主光轴方向可任意选择；

d.参考光束和物光束穿过渥拉斯顿棱镜之后，在不同位置形成两幅偏振态正交的干涉图样，选择合适的位置放置相机，使得不同位置的两幅全息图完全分开并用相机记录在一张图片上。

所述步骤3包含以下步骤：

a.从所记录的一幅图片中提取获得两幅数字全息图，并使两幅全息图中样品的位置完全一致，像素点对应；