洪一凡同学在偏光全息研究中取得新进展
偏光全息是一种在光致各向异性材料上同时记录光波振幅、位相以及偏振态的技术，是全息技术的一项十分重要的分枝。在记录过程中，由于感光机理的不同，在全息材料上会形成了两种不同的全息光栅。其一是由叠加光场强度分布引起的强度光栅，除此之外，由于叠加光场偏振态分布，还会形成偏振光栅。在重建过程中，这两种光栅共同作用，一起决定了衍射光的振幅、位相和偏振态分布。然而，由于材料在曝光时，这两类光栅的生成速度一般并不一致，因此需要在某些特定曝光能量下，两者才能达到平衡，进而使得衍射光的偏振态与信号光完全相同。 本实验室的洪一凡同学，通过求解偏光全息张量方程，找到了一种通过选择特定的参考光来消除曝光量对衍射光偏振态的影响的方法。其具体情况如表1所示： |
表1 任意曝光量下的忠实再现 |
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表格中的数值代表了其对应光波偏振态的椭圆率。在给定信号光偏振椭圆率为a的情况下，通过选择表格中的记录参考光和再现参考光，就可以得到忠实再现的衍射光。 在信号光为圆偏振光的情况下，还发现该条件会变得更为宽松，其具体情况如表2所示： |
| 表2 信号光为圆偏振态时的忠实再现 |
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在信号光为圆偏振光的情况下，即a=±1时，仅需令记录参考或再现参考其一满足表格条件，就能得到忠实再现。 洪一凡同学在该理论的基础上，对信号光为圆偏振光的情况进行了实验证明。其实验光路和实验结果如图1所示。 |
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图1 实验光路和实验结果 |
随着曝光能量的增加，衍射光s、p两个偏振分量保持了一致的变化趋势。为了进一步证明衍射光为圆偏振光，还需要测量两个偏振分量之间的相位关系，其过程如图2所示。 |
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| 图2 衍射光偏振态测量 |
在重建过程中，我们通过旋转四分之一波片QWP3，得到了旋转角度与衍射光s、p分量能量之间的对应关系。最终确定了，衍射光为圆偏振光。 观察表2可以发现，在信号光为圆偏振态时，记录条件确定后，再现参考光的偏振态对衍射光的偏振态并没有影响。为此洪一凡同学对此情况进行了进一步的分析。在重建过程中，旋转二分之一波片HWP3，来观察改变再现参考光的偏振态对衍射光有着怎样的影响。 |
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图3 衍射光强度与再现参考光偏振态关系 |
最终实验结果如图3所示，随着二分之一波片的旋转，衍射光的偏振态并不会发生变化。但是衍射效率却有着显著的改变，在47°与227°时，衍射光的能量会下降到零。这一特性在全息存储中有着很大的应用潜力。 相关研究的结果以“Investigation of faithful reconstruction in nonparaxial approximation polarization holography”为题整理发表在了美国光学学会期刊杂志Applied Optics的Vol.56, No.36, 10024-10029上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/AO.56.010024 |
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(2017.12.15)
