[发明专利]基于偏振光栅的动态测量任意光场完整信息的方法及光路

权利要求书

1.一种基于偏振光栅的动态测量任意光场完整信息的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：一束准直平行光穿过透射样品或反射到反射样品后，作为物光束为E_Ob＝E_L|l+E_R|r，其中E_L、E_R分别表示物光束的左右旋圆偏振分量的复振幅，|l、|r分别表示左、右旋圆偏振的琼斯矢量，其具体表示形式为

步骤2：另一束与物光束相干的准直平行光穿过偏振光栅，转化为周期性偏振结构光，以作为参考光束为E_Re表示入射平行光的复振幅；

步骤3：物光束与参考光束发生离轴干涉，并使两光束的夹角所在平面与偏振光栅的栅线平行，两束光的相对倾斜相位可表示为exp(ik_ty)；

步骤4：记录得到一幅包含两组正交干涉条纹的复合全息图，其强度分布可表示为：

式中，第一项U₀＝|E_L|²+|E_R|²+|E_Re|²表示物光束和参考光束的总强度，后两项为两光束的正交圆偏振分量的干涉项；

步骤5：利用数字全息术对全息图进行数值重建，得到干涉场中两正交圆偏振分量的复振幅分布：

步骤6：为消除偏振光栅的相位及离轴干涉相位的影响，以均匀线偏振光场E₀作为校正，得到得振幅分布：

步骤7：根据校正光场获得物光束的两正交圆偏振分量的复振幅分布E_L和E_R

步骤8：利用菲涅耳衍射近似公式计算得到物光束的两正交圆偏振分量在三维空间的复振幅分布U_L和U_R，并计算得到物光束在三维空间中的矢量场分布：

U(x,y,z)＝U_L(x,y,z)|l+U_R(x,y,z)|r

步骤9：计算物光束在三维空间中的偏振分布的归一化斯托克斯参数(S₁,S₂,S₃)：

2.根据权利要求1所述一种基于偏振光栅的动态测量任意光场完整信息的方法，其特征在于：所述步骤4中，样品为透射样品(6)；两组正交干涉条纹的复合全息图的光路包括偏振光栅(8)、第二消偏振分光棱镜(9)、透镜(10)和图像采集器件(11)；一束激光穿过样品(6)后作为物光束，另一束与之相干的准直平行光穿过偏振光栅(8)后转化为周期性偏振结构光作为参考光束；物光束和参考光束经第二消偏振分光棱镜(9)合束后发生离轴干涉，并使两光束的夹角所在平面与偏振光栅(8)的栅线平行；透镜(10)将样品(6)和偏振光栅(8)成像到图像采集器件(11)的记录面，得到一幅复合全息图。

3.根据权利要求1所述一种基于偏振光栅的动态测量任意光场完整信息的方法，其特征在于：所述步骤4中，样品为反射样品(6)；两组正交干涉条纹的复合全息图的光路包括偏振光栅(8)、第二消偏振分光棱镜(9)、第三消偏振分光棱镜(12)、透镜(10)和图像采集器件(11)；一束激光经第三消偏振分光棱镜(12)反射至反射样品(6)，反射样品(6)将光束反射并透过第三消偏振分光棱镜(12)后作为物光束，另一束与之相干的准直平行光穿过偏振光栅(8)后转化为周期性偏振结构光作为参考光束；物光束和参考光束经第二消偏振分光棱镜(9)合束后发生离轴干涉，并使两光束的夹角所在平面与偏振光栅(8)的栅线平行；透镜(10)将样品(6)和偏振光栅(8)成像到图像采集器件(11)的记录面，得到一幅复合全息图。