齐沛良同学在偏光全息研究中取得新进展
偏振分束器包括偏振棱镜、偏振分束立方、偏振分束板，可以将入射光分成两束正交的线偏振光。其被广泛应用于各种工程领域，如偏振复用光纤通信系统、光纤传感器网络、数字全息光学成像、精密光学计量、超快锁模光纤激光器。传统的偏振分束器主要利用天然晶体的双折射效应或多层膜结构材料制作而成，存在制备过程复杂、价格昂贵等问题。 在本文中，我们提出了一种使用偏光全息制备偏振分束器的新方法。该方法具有可设计分束角和可控有源面积的优点。此外，由于实验中使用的记录材料（菲醌掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯）价格低廉，因而采用该方法制备偏振分束镜的成本也相对较低。具体的设计思路如图1所示。记录过程中，在材料的同一区域记录两幅特殊设计的偏振全息图，这两幅全息图分别产生只具有 s 偏振分量和 p 偏振分量的再现光。通过改变两束信号光（G+1 和 G+2）的传播方向来实现对分束角的设计。两束信号光和参考光之间的干涉夹角分别为 θ1和 θ2。在重建过程中，当满足布拉格条件的入射光去读取两幅偏振全息图时，材料后方会同时出现两束只具有 s 偏振分量和 p 偏振分量的再现光（GF1 和 GF2），且它们的分离角（θS）的大小为 θ1+θ2。同时，通过改变发生干涉的光斑大小和记录材料的尺寸，我们也可以控制偏振分束器的有源面积。 |
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| 图1. (a)为记录过程；(b)为重建过程 | |
使用偏光全息制备偏振分束器的实验装置如图2所示。 |
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| 图2. 实验装置图。BE，扩束镜筒；M，反射镜；HWP，半波片；QWP，四分之一波片；PBS，偏振分束器；BS，分束器；LF，滤光片；POL，偏振片；SH，快门；PM，功率计；BT，光束终止器 | |
实验结果如图3和图4所示。 |
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| 图3. 读取光是线偏振光。(a)p偏振再现光和s偏振再现光的归一化衍射效率随着读取光的偏振态而变化。(b)p偏振再现光和s偏振再现光的消光比随着读取光的偏振态而变化 | |
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| 图4. 当读取光为非偏振光时，p偏振再现光和s偏振再现光的衍射特性 | |
实验结果表明，所制备的偏振分束器对偏振光和非偏振光都具有良好的分束效果。在这项工作中，我们还制作了其他分束角的偏振分束器，也取得了良好的实验结果。未来，在液晶空间光调制器的帮助下，我们可以在材料上记录空间分布的偏振全息图，有望可以实现与超材料类似的功能。 |
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上述研究成果以“Polarization splitters with designable separation angles based on polarization holography of tensor theory”为题，整理发表在美国光学学会 (The Optical Society of American, OPTICA) 期刊杂志 Optics Letters, Vol.48, No.11, 2941-2944 (2023) 上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1364/OL.491553 |
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(2023.05.24)
