高效产生任意矢量光场的一种方法

提出一种高效产生任意矢量光场的方法.利用两个光束偏移器分别对两个正交线偏振分量进行分束与合束,将传统激光模式转化为任意矢量光场.所产生矢量光场的偏振态和相位分布通过相位型空间光调制器(SLM)加载相应的相位实时调控.由于光路系统中不涉及任何衍射光学元件和振幅分光元件,光场转换效率高,仅取决于SLM的反射率,并且光路系统结构紧凑、稳定,同轴性易于调节.实验结果显示,采用反射率为79%的相位型SLM产生矢量光场的转换效率可达到58%.     

纯相位空间光调制器实现振幅调制的技术研究

纯相位空间光调制器能够方便地模拟各种相位型光学元件,但不能直接模拟振幅型元件。使用两种方法,即棋盘相格法和闪耀光栅法,把由这两种方法生成的计算全息图加载到纯相位空间光调制器上,通过搭建的光束变换系统进行实验验证。实验结果表明,棋盘相格法和闪耀光栅法都能很好地实现振幅调制,用闪耀光栅法生成的叉状振幅光栅,给拉盖尔-高斯光束的合束带来了一种新的方法。     

基于像素结构空间光调制器的全息再现像问题研究

基于纯相位空间光调制器的全息显示系统在重构显示时,再现像的视觉效果受到空间光调制器像素结构引起的多级衍射光和多级再现像的干扰。在分析具有有限填充因子空间光调制器的像素结构对再现像影响的基础上,提出了一种提高全息再现像的视觉效果并且再现像成像位置和大小可调节的方法。先加载闪耀光栅到纯相位全息图,其次通过叠加会聚球面波相位,分离再现像与空间光调制器像素结构引起的多级衍射光的聚焦平面的位置,再利用光阑和高通滤波器的共同作用,消除高级衍射光、多级再现像以及零级光干扰对重构视觉效果的影响,最后引入成像透镜,调节再现像的成像位置与大小。建立了一套基于硅基液晶的全息显示系统用于实验验证。实验结果表明,最终的单一再现像清晰且可以方便地调节成像位置和大小。该方法同样适用于各种基于像素结构空间光调制器的全息光学系统。     

计算机制相位彩虹全息近眼显示

基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示.指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素.在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布.然后,对参考光对应的高频闪耀光栅的相位进行编码,得到计算机制相位彩虹全息图.最后,设计了包含白色点光源、准直透镜、空间光调制器、4f滤波系统及目镜的全息彩色近眼显示系统,并通过光学再现获得了相位彩虹全息近眼显示效果,证明了所提方法的有效性.     

基于扭曲向列液晶空间光调制器的矢量光生成

基于扭曲向列型液晶空间光调制器的旋光特性, 根据空间光调制器所加电压和加载相位与旋光角度的对应关系, 设计了可以生成多种涡旋矢量光的通用光路. 利用该原理和光路系统, 在实验上生成了多种携带轴对称相位的矢量光以及图案般复杂的矢量光, 观察和检测了它们的偏振特性, 获得了较好的实验结果. 并且模拟了具有涡旋相位的矢量光的紧聚焦场, 分析了它们的紧聚焦特性. 由于这种生成矢量光的方法光路装置简单、操作容易, 产生矢量光的过程中几乎不损失能量, 并且不存在聚焦过程, 因此在如强激光矢量光束与物质相互作用、激光加速等方面具有重要的应用潜力.     

基于数字闪耀光栅的位相全息图光电再现优化

针对利用液晶空间光调制器（LC-SLM）进行全息图光电再现过程中,再现像面存在多级衍射像造成单一像能量利用率低的问题,提出了一种在位相全息图中加载数字闪耀光栅的方法,以提高全息图光电再现中单一衍射像的衍射效率.分析了闪耀光栅作为衍射光学元件的特性及其对光波进行位相调制的原理,并阐述了在LC-SLM中加载数字闪耀光栅对位相全息图光电再现时像面能量分布的影响.搭建了基于LC-SLM的位相全息图光电再现实验系统.理论分析表明：在其他条件不变的情况下,加载竖直（或水平）槽向周期为2 pixels的数字闪耀光栅可使 关键词： 全息光电再现 位相全息图 数字闪耀光栅 液晶空间光调制器     

全光控制产生任意矢量光束

提出通过调制光场的所有空间分布参数产生任意矢量光束的方法,即用两个反射型纯相位液晶空间光调制器可以对光的相位、振幅和偏振(包括偏振旋转和椭偏度)等参量进行全光调制或全光控制。在理论上给出了全光控制的琼斯矩阵方程,再计算要加载在空间调制器上的灰度图,从而产生目标矢量光场。实验上,通过调制两个或三个光场的空间分布参数产生了不同的矢量光场图样,从而验证了全光控制产生矢量光场方法的可行性。     

基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

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： 数字全息 偏振态 琼斯矢量 斯托克斯参量     

C60掺杂向列相液晶中光栅衍射选择性的分析

利用琼斯矩阵(Jones matrix) 方法对C60掺杂向列相液晶中光栅衍射选择性进行分析.给出两束p 偏振光在液晶样品中产生相位全息光栅的透射矩阵,通过探测光的矢量和光栅透射矩阵的琼斯矩阵运算,可以探测衍射光束的偏振态与入射光偏振态的关系.分析发现对于p 偏振的探测光,透射光和正、负一阶衍射光的偏振态均为p 偏振,且正、负一阶衍射效率相同;对于s 偏振的探测光只有透射光存在,可见记录的相位光栅表现出光栅衍射的选择性.     

高阶涡旋光束生成技术研究

应用液晶空间光调制器加载螺旋相位片的方法可以高效地生成涡旋光束,但由于液晶空间光调制器分辨率有限,在加载高阶螺旋相位片时其中心会出现相位失真,造成涡旋光束质量不高。通过在螺线相位片中心区域引入闪耀光栅的方法,得到了光束质量较高的高阶单模涡旋光束和多模涡旋光束,为生成高阶涡旋光束提供了一种很好的方法。     

菲涅耳非相干数字全息大视场研究

菲涅尔非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography, FINCH)通过空间光调制器(spatial light modulator, SLM)将来自物点的光波分解为曲率半径不同的两束自相干光,干涉条纹由CCD记录.由于受限于SLM与CCD的像素数目及像素尺寸, FINCH技术与光学全息术相比记录视场要小得多.本文通过对FINCH系统的记录过程进行理论分析,给出了SLM所能记录的视场角,说明通过调控加载在SLM上的双透镜光轴中心,能够扩大SLM的有效直径从而将SLM的有效记录范围增大2.77倍,有效扩大了系统的记录视场.搭建了非相干光反射式数字全息记录系统并对理论分析进行了实验验证,结果表明:在SLM上依次加载不同光轴中心位置的双透镜掩模进行FINCH记录及再现,将得到的各子图像拼接融合可以得到高分辨率大视场图像,为菲涅尔非相干全息术在高分辨大视场显微成像的进一步应用提供了有力支撑.     

A method for generating double-ring-shaped vector beams

We propose a method for generating double-ring-shaped vector beams. A step phase introduced by a spatial light modulator(SLM) first makes the incident laser beam have a nodal cycle. This phase is dynamic in nature because it depends on the optical length. Then a Pancharatnam–Berry phase(PBP) optical element is used to manipulate the local polarization of the optical field by modulating the geometric phase. The experimental results show that this scheme can effectively create double-ring-shaped vector beams. It provides much greater flexibility to manipulate the phase and polarization by simultaneously modulating the dynamic and the geometric phases.     

双中心全息记录的矢量分析与记录方向优化

对描述双掺杂晶体非挥发性全息记录动力学过程的Kukhtarev方程进行了矢量分析,分析中考虑了体光生伏特效应和外加电场的作用。在小信号近似的基础上给出了双中心全息记录中记录与固定阶段空间电荷场的矢量解析解。在综合考虑空间电荷场的各向异性以及晶体有效电光系数的各向异性后,给出了双中心全息记录的优化记录方向。结果表明,对(Fe,Mn)∶LiNbO3晶体633nm寻常光记录,优化记录方向主要由有效电光系数决定,光栅波矢与光轴夹角为22°,方位角为30°;对(Fe,Mn)∶LiNbO3晶体633nm非寻常光记录,优化记录方向主要由固定空间电荷场决定,光栅波矢与光轴夹角为44°,方位角为90°。     

偶氮苯聚合物全息光栅衍射效率和偏振特性研究

研究了不同偏振全息模式下基于交联偶氮苯聚合物薄膜的相位光栅的形成机理、衍射效率和偏振特性.利用琼斯矢量表征了正交线偏振(SP)和半行线偏振(SS)干涉模式下的偏振干涉场.基于SP和SS两种模式,制作了无明显表成起伏的纯折射率光栅和有表面起伏的浮雕光栅.偏光显微镜(POM)观测说明纯折射率光栅具有周期性的折射率分布;近场光学显微镜(SNOM)探测说明纯折射率光栅和浮雕光栅的表而起伏在5 nm以下和 85.23 nm.实验表明.当探测光为水平偏振时,纯折射率光栅的衍射效率达到22.2%.浮雕光栅只能达到1.65%.纯折射率光栅的0、 1级衍射光分别为水平和竖直线偏振光,偏振度达到0.9969和0.9963;浮雕光栅的0, 1级衍射光均为水平线偏振光.     

Dynamic shaping of vectorial optical fields based on two-dimensional blazed holographic grating

We propose a vectorial optical field generation system based on two-dimensional blazed grating to high-efficiently generate structured optical fields with prescribed amplitude, phase, and polarization. In this system, an optimized blazed grating hologram is written on a spatial light modulator(SLM) and can diffract the majority of the incident light into the first-order diffractions of the x and y directions, which then serve as base vectors for synthesizing desired vector beams.Compared with the conventional cosine grating used in the previous work, the proposed two-dimensional, blazed grating has a much higher efficiency. Both computer simulation and optical experiment validate that a conversion efficiency up to 5 times that of the former work is achieved. Our method can facilitate applications of the optical field manipulation.     

Generation of arbitrary vector beams with a spatial light modulator and a common path interferometric arrangement

We describe a convenient approach for generating arbitrary vector beams in a 4-f system with a spatial light modulator (SLM) and a common path interferometric arrangement. A computer-generated hologram is introduced onto SLM for performing the beam conversion. Optical realization of a variety of polarization configurations confirms the reliability and flexibility of our method.     

利用偏振全息记录可重复擦写的偶氮相位光栅

利用偏振全息技术在偶氮苯侧链聚合物薄膜上进行了记录全息相位光栅的研究.从理论和实验两方面分析了不同的偏振全息模式、偶氮高分子聚合物材料和全息曝光时间对相位光栅生成的影响.通过实验比较,确定了最佳的实验条件,在形成折射率相位光栅的同时,最大限度的避免了由于大分子运动而导致的表面起伏对相位光栅的破坏,并在此基础上,记录了可重复擦写的全息相位光栅.这种全息光栅制作比较方便,光栅系数可以方便的调整,在室温下非常稳定并且能用圆偏振光完全擦除后重复写入.     

三环非均匀混合偏振同轴矢量光束的聚焦特性

基于Richards-Wolf矢量衍射积分公式,数值分析了同轴三环非均匀混合偏振矢量光束经过高数值孔径透镜的聚焦特性。该矢量光束由同轴三环局域线偏振矢量光束通过一个相位延迟角为δ的液晶相位延迟器产生,光束偏振变为包含线偏振、圆偏振和椭圆偏振的混合态。同轴三环局域线偏振矢量光束的偏振分布是由径向向内偏振的外环光束、径向向外偏振的内环光束和线偏振方向与径向方向夹角为φ2的中环光束构成。数值模拟结果显示该混合偏振矢量光束的聚焦强度分布与参数φ2和相位延迟角δ密切相关,当选取适当的φ2和δ时,在焦平面附近产生沿光轴方向的三维多点光俘获结构——暗光链,这在光学微操纵领域具有潜在的应用价值。