齐沛良同学在偏光全息研究中取得新进展
基于张量理论的偏光全息理论研究在近几年有了很大进展。在满足布拉格条件时，陆续报道了一些新的现象，如忠实再现。所谓的忠实再现，指的是衍射光的偏振态与信号光完全相同，这意味着存储在材料中的光信息可以被正确地读取，在全息存储、微纳加工、图像显示等领域有重要的应用。 此前的研究表明，线偏光全息只有在记录的强度响应光栅和偏振响应光栅达到平衡，且记录与再现参考光波的偏振方向一致时，信号光波的偏振状态才可以被忠实地再现出来。由于在实验中实现该条件，较为苛刻，极大限制了线偏光全息的应用。因此我们产生了疑问，能否在更加宽松的条件下实现线偏振信号光的忠实再现呢？针对该疑问，本研究组的齐沛良同学设计了如图1所示的实验装置。 |
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| 图1 线偏振偏光全息光路图 |
在记录过程中采用p偏振作为记录参考光，信号光的偏振方向可以通过半波片HWP2改变，信号光分别选用偏振方向与p偏振夹角为0°，35.26°，45°，54.74°，90°的线偏振光进行实验研究，由于需要短暂观察全息光栅记录的程度，实验通过周期性的交替开关电子快门ES1和ES3，控制偏光全息干涉记录和短暂观察再现光的时间，每一个周期的干涉记录时间为4s，观察衍射时间为0.6s。当再现光光强随着曝光时间的增加无明显上升趋势，且光强大小保持相对稳定时，停止偏光全息记录。在再现过程中，电子快门ES1关闭，电子快门ES2和ES3周期性的同步开关，控制短暂观察再现光的时间，观察衍射时间为0.6s。在电子快门ES2关闭的情况下，通过半波片HWP3来改变读取参考光的偏振方向，从而观察再现光的偏振方向变化。再现光由PBS2分为p偏振分量和s偏振分量，再分别由后方功率计检测其光强的变化情况，以此可分析出再现光的偏振方向。图2只显示了夹角为54.74°时的实验结果，其它夹角的实验结果可参考文章中的图4-8。图2(a)中，红色圆点和黑色方块点分别表示实验测得的再现光中p偏振分量和s偏振分量的光强，蓝色圆点和蓝色实线分别表示再现光偏振方向角的实验值和理论值（右侧纵坐标）；图2(b)中，红色圆点表示实验测得的再现光p偏振分量与s偏振分量光强之和，黑色实线表示再现光强理论值。 |
 
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| 图2 信号光为偏振方向与p偏振夹角成54.74°的线偏振光。（a）再现光的偏振角度及p偏振、s偏振光强与读取参考光偏振角度的关系；（b）再现光光强与读取参考光偏振角度的关系 |
由实验结果可见，在干涉夹角为90°，使用p偏振作为记录参考光时，对于任意偏振方向的线偏振信号光，只需读取参考光偏振方向与记录参考光偏振方向不相互正交，再现光就可以忠实再现出信号光的偏振状态。再现光光强与读取参考光偏振方向有关，且与读取参考光偏振方向角余弦值的二次方成正比。当读取参考光偏振方向与记录参考光偏振方向一致时，再现光光强最大；当读取光偏振方向与参考光偏振方向正交时，再现光光强为零，出现零再现。该实验结果与理论相吻合。 从以上介绍的实验结果可知，可以在更宽松条件下，即在干涉夹角为90°，采用p偏振作为记录参考光的条件下，实现对线偏振信号光波的忠实再现。该结论有助于拓展对偏光全息理论的认知，并可以依此结论设计和制作出用于改变入射光传播方向的偏振器件。 以上的研究结果以“线偏光全息的忠实再现条件研究”为题，整理发表于光学学报，Vol.40，No.23，2309001 (2020)上。 论文的相关链接：http://www.opticsjournal.net/Articles/abstract?aid=OJ8c39c1ec4f7db44e |
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(2020.11.23)
