林阿愿同学在偏光全息研究中取得新进展
偏光全息中的零再现指的是：即使读取光满足布拉格条件，再现光功率也为零的现象。在强度全息的记录阶段中，一对偏振态正交的信号光和参考光是看不到干涉图样的。只有当二者的偏振态中能正交分解出相同的偏振分量，才会有干涉图样的产生。故可认为在强度全息的记录阶段中信号光和参考光的偏振态是相同的；在读取阶段中，满足布拉格条件的情况下，只要有读取光照射全息图，就会产生再现光，并且再现光的偏振态总是与读取光的保持一致。本文根据张量偏光全息理论进行预测，在特定条件下，即使布拉格条件满足，使用相同椭圆偏振态记录的偏光全息也会出现零再现。为了验证理论预测，我们通过理论计算获得了一组实验参数，如表1所示。 |
| 表1. 实验参数 |
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根据理论计算结果，干涉角度需为钝角。我们采用非对称入射的方式来进行偏光全息的记录，如图1所示。 |
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| 图1. 非对称入射的偏光全息示意图。(a)记录阶段；(b)再现阶段 |
实验装置设置如图2所示。 |
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| 图2. 实验光路示意图。M：反射镜；HWP：半波片；QWP：四分之一波片；PBS： 偏振分束棱镜；SH：电子快门；PM：功率计；PQ/PMMA：记录材料 |
实验流程如图3所示。因为参考光和读取光二者的偏振态是不同的，因此在进行读取之前要进行偏振态的切换。我们将HWP2放置在电动位移旋转台上并由LabVIEW程序控制整个实验过程。 |
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| 图3. 实验流程示意图 |
实验结果如图4所示。随着曝光时间的增加，虽然再现光的功率一直在上升，但是功率一直处于较小值且不为零。理论上说，当用满足零再现条件的偏振态进行读取时，再现光的功率应为零，这在实际情况下是不可能的。 |
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| 图4. 再现光的功率随曝光时间的增加而变化 |
为了进一步确认是否已实现了零再现，在上述实验结束后，又进行了一次读取过程。在此过程中，让HWP2的快轴旋转一圈，QWP1的快轴保持在90°不变。观察此过程中的功率变化情况，实验结果如图5所示。 |
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| 图5. 再现光的功率随HWP2方位角改变的变化情况 |
可以看出，再现光功率随HWP2快轴方位角的改变呈现周期性的变化。根据半波片的工作原理，理论上当HWP2快轴方位角为-17.2°、72.8°、162.8°和252.8°时，此时用HWP2和QWP1组合产生的椭圆偏振光进行读取都能够实现零再现。图5中再现光功率处于极低值时所对应的快轴方位角分别是-17.2°、73.6°、161.7°和251°。 上述实验结果表明，虽然用理论上能够实现零再现的偏振光进行读取时，再现光功率不为零且一直上升，但是此时的功率相比于用其他偏振态读取时的功率来说是非常微弱的，而且实验中功率极低值所对应的快轴方位角与理论值是非常接近的，因此可以认为实现了零再现。 本文研究了大角度记录下用相同偏振光记录偏光全息的零再现现象，验证了基于张量偏光全息理论的预测，给出了实现同偏振态记录偏光全息的零再现的条件。 |
相关研究的结果以“同偏振记录偏光全息的零再现”为题，整理发表在中国科学院光电技术研究所和中国光学学会共同主办的中文核心期刊杂志《光电工程》(Opto-Electronic Engineering), Vol.49, No.5, 210454 (2022)上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.12086/oee.2022.210454 |
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(2022.05.28)
