黄志云老师在偏光全息研究中取得新进展
近日，由黄志云老师执笔撰写的题为“Faithful reconstruction in polarization holography suitable for high speed recording and reconstructing”的论文被OSA的期刊杂志 Optics Letters 接收。有关这项工作的背景、意义、研究内容简介如下。 偏光全息的忠实再现，顾名思义，意味着再现光的偏振状态与信号光的完全相同，因而可以再现记录或存储在信号光中的全部信息，是偏光全息的重要现象之一。由于该现象在图像再现、信息存储、微纳加工等领域都有很重要的应用前景，因此得到了研究人员的广泛关注。 我们注意到，当以菲醌掺杂的甲基丙烯酸甲酯（PQ/PMMA）作为信息记录材料时，忠实再现现象通常依赖于材料的曝光时间和读取光的偏振状态。这意味着在这种材料中，我们必须要严格控制曝光时间和读取光的偏振状态才有可能观察到忠实再现现象。显然，这对于忠实再现在实际中的应用是非常不利的。为了突破这一束缚，我们在张量偏光全息理论的指导下，进行了理论分析。结果表明，当s光作为信号光、p光作为参考光，且两束光之间的夹角为90度时，记录下的全息图被任意偏振态的光照射都能观察到忠实再现现象，并且不依赖于曝光时间。为了验证这一结论，我们设计了如图1所示的实验装置。 |
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| 图1 不依赖于曝光时间和读取光偏振态的忠实再现实验装置图。At：衰减片；BE：扩束镜；PBS：偏光分束镜；HWP：半波片；QWP：四分之一波片；SH：快门；A：光阑；M：反射镜；PM：功率计；PQ/PMMA：记录材料。 |
在记录过程时，打开快门1同时关闭快门2，并且保持QWP的快轴方向与水平方向平行，如此即可保证信号光为s光而参考光为p光。在读取过程时，则关闭快门1同时打开快门2。与此同时，旋转QWP的快轴方向从而改变读取光的偏振状态，并同时记录再现光的s和p分量（PM1-PM2）随QWP2的快轴旋转角度的变化。在理想状态下，当QWP旋转时，再现光的s分量随之变化，而p分量则始终为0。但实验结果与之并不相符，如图2中空心圆圈所示。可以看到，再现光的p分量并不为0。我们认为这可能是由于材料的各向异性造成的。 我们把材料的各向异性造成的效果等效地看成一个波片。通过分析，我们发现，当取信号光和参考光间夹角为85度，波片相位差为92度，波片快轴与水平轴夹角为21度时，得到的计算结果与实验结果吻合得很好，如图2中实线所示。这说明在实验所设定的记录条件下，用任意的读取光都可以获得忠实再现。另外，在实验中还发现，在不同时刻得到的实验曲线都是类似的，差别只在于再现光功率的大小，这说明不管曝光时间是长还是短，都可以观察到忠实再现；曝光时间的长短影响的是再现光的功率。 |
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| 图2 再现光功率随QWP旋转角度的变化。其中圆圈代表实验数据，实线表示理论分析数据 |
这一性质独特的忠实再现现象的发现，对于偏光全息的应用无疑是有意义的。由于它不依赖于曝光时间，有望在以PQ/PMMA为记录材料的快速偏光全息中得到应用。并且，由于采用任意偏振态的读取光均可得到忠实再现，也无疑降低了信息获取的门槛。 |
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黄志云老师将以上的研究成果整理发表在OSA的期刊杂志Optics Letters, Vol.45, No.22, 6282-6285, (2020)上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/OL.405354 |
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(2020.11.14)
