黄志云老师在偏光全息研究中取得新进展
偏光全息的忠实再现指的是衍射光的偏振状态与信号光的完全相同，从而可以忠实再现记录在信号光中信息。因此，因此该现象在图像再现、信息存储、微纳加工等领域都有很重要的应用。 此前，有关忠实再现的研究都是在读取参考光的偏振态与记录参考光完全相同的条件下得到的。那么，该条件是否是获得忠实再现的必要条件呢？本研究组的黄志云老师针对此疑问开展了研究，并取得了肯定的结果。为证明此研究结果，在张量偏光全息理论指导下，设计了如图1所示的实验装置。 |
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| 图1 非记录参考光的椭圆偏振光读取实现忠实再现装置图。At：衰减片；BE：扩束镜； PBS：偏光分束镜；BS：分束棱镜；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。 |
在记录过程中，打开快门SH1，关闭快门SH2，QWP1和QWP2的快轴与水平方向的夹角约为63度，此时s偏振光通过QWP1后s分量和p分量的比值约为2:1，p偏振光通过QWP2后p分量和s分量的比值约为2:1。这样，通过QWP1的信号光和通过QWP2的参考光互为正交态的椭圆偏振光，满足正交椭圆偏光记录条件。QWP3的快轴方向与QWP1互相垂直，确保忠实再现时的衍射光通过QWP3后变为s偏振光。在读取过程中，则关闭快门SH1，打开快门SH2，与此同时，旋转QWP2的快轴方向从而改变读取光的偏振状态，并同时记录再现光各分量（PM1-PM4）随QWP2的快轴旋转角度的光强度变化。按照实验设想，忠实再现时PM1/PM2值趋向于无穷大，因为此时进入PBS2的是s偏振光；PM3/PM4值应为2，与s偏振光通过QWP1后s分量和p分量的比值一致。但是实验中发现记录材料会影响衍射光的偏振态，故以衍射光的PM1/PM2和PM3/PM4的值与纯信号光通过记录材料的值相同为判断忠实再现的条件。实验结果如图2所示。 |
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| 图2 再现光功率与比值随QWP2快轴旋转角度的变化 |
从图2(b)可见，当QWP2快轴旋转角度为54度时（Q点），衍射光通过记录材料后的PM1/PM2和PM3/PM4值与纯信号光的完全相同，即实现了忠实再现。我们可以看到，由于记录材料的影响，PM1/PM2的值仅约为11，PM3/PM4的值约为1.8。显然，此时读取参考光的偏振态与记录参考光的不同，属于用与记录参考光不同偏振态的椭圆偏振读取光获得的忠实再现。更特别的是，实验中还发现可以用线偏振光读取正交椭圆偏光记录的全息图也可获得忠实再现，该实验装置如图3所示。 |
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| 图3 线偏光读取实现忠实再现装置图。At：衰减片；BE：扩束镜；PBS：偏光分束镜； BS：分束棱镜；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。 |
在记录过程中，仍然打开快门SH1，关闭快门SH2，QWP1和QWP2的快轴沿水平方向，确保记录过程中的信号光和参考光是正椭圆偏振光。调节HWP2和HWP3，使信号光和参考光的偏振态是正交的。实验中，HWP2和HWP3的快轴与水平轴的夹角约为17度，此时s偏振光依次通过HWP2和QWP1后变为s分量与p分量比值为2:1的正椭圆，p偏振光依次通过HWP3和QWP2后变为s分量与p分量比值为1:2的正椭圆，并且二者旋向相反。放置QWP3和HWP4的目的在于使衍射光通过这两个器件后变为s偏振光。读取过程时仍然打开快门SH2，关闭快门SH1。与此同时，旋转HWP3的快轴来改变读取光的偏振态。实验结果如图4所示。 |
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| 图4 再现光功率与比值随HWP3快轴旋转角度的变化 |
从图4可以看到，当HWP3的快轴旋转角度约为73度时，此时衍射光的PM1/PM2和PM3/PM4值与纯信号光的相同，实现了忠实再现。由于起始时HWP3的快轴与水平轴的夹角约为17度，故此时HWP3的快轴与水平轴的夹角为90度，p偏振光依次通过HWP3和QWP2后仍然为p偏振光。故图4所示的忠实再现的读取光为p偏振光。 从以上介绍的两个实验结果可知，忠实再现的读取光偏振态可以用与记录过程的参考光不同的偏振态。这个结论对于拓展偏光全息的应用是有益的。 |
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以上的研究结果以“Faithful reconstruction in orthogonal elliptical polarization holography read by different polarized waves”为题，整理发表于OSA的期刊杂志Optics Express, Vol.28, No.16, 23679-23689, (2020).上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/OE.399704 |
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(2020.07.26)
