袁欣怡同学在偏光全息研究中取得新进展
偏光全息技术可同时调控光场的振幅、相位与偏振态，在三维显示、光信息存储、衍射光学元件等领域应用广泛。根据张量偏光全息理论，材料曝光引发的介电张量变化可由标量系数 A 与张量系数 B 描述，二者比值 A/B 即曝光响应系数，是决定光场调控精度的核心参数。预先测量偏振敏感介质的 A/B 值对于实现特殊的实验现象和设计具有特定功能的全息图是必不可少的条件。本工作提出一种动态偏振扫描测量法，显著提升 A/B 测量精度，为偏光全息器件设计与应用提供可靠支撑。 该方法基于张量偏光全息理论，建立再现光光强与 A/B 的唯一对应关系。通过连续改变读取光的偏振态，采集多组再现光光强数据构建约束方程，拟合得到唯一 A/B 值；该方法不受入射光偏振态影响，重复性强。实验以菲醌掺杂聚甲基丙烯酸甲酯（PQ/PMMA）为记录介质，搭建 532nm 激光实验系统。 |
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| 图1. 实验装置示意图 |
为了比较所提出的方法和先前所提出的单一偏振测量方法的测量精度，对比了两种方法的测量结果。信号光设置为线偏振，参考光保持为 s 偏振。然后将 PQ/PMMA 曝光约 3 分钟，完成全息记录。随后，利用两种方法对同一个光栅进行测量，得到了不同的测量结果。两种测量方法的实验结果如图2 所示，图中展示的是分别以 15°、45° 和 75° 的信号光所记录全息图的测量结果。 |
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| 图2. 两种方法再现光的光强曲线的理论值和实测值。左侧显示单一偏振测量结果， 右侧显示偏振扫描测量结果。(a) α=15°；(b) α=45°；(c) α=75° |
结果显示，单一偏振测量方法最大相对误差达 0.33，仅在特定偏振态下拟合度较好；动态偏振扫描法将最大误差降至 0.05，测量精度大幅提升。研究还发现 A/B 值随 PQ 掺杂浓度升高而增大，证明该方法可有效表征材料组分对参数的影响。针对线偏振、圆偏振、椭圆偏振等任意组合的记录方式，该方法均能稳定测量，相对误差保持在 0.05 以下，具备良好通用性。 |
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| 图3. 任意偏振组合记录的实验结果。(a) 圆偏振与线偏振波记录； (b) 椭圆偏振与线偏振波记录；(c) 椭圆偏振与圆偏振波记录。 |
为进一步验证测量结果的实用性，利用测得 A/B 值精准实现忠实再现，实验中再现光偏振态与理论值高度吻合。同时，研究揭示偏光全息再现现象对 A/B 的依赖特性：部分记录条件下再现光强随 A/B 快速变化，而部分记录条件再现光强与 A/B 无关。 |
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| 图4. 再现光的偏振态实验值与理论值。(a) 信号光为线偏振光的忠实再现； (b) 信号光为椭圆偏振光的忠实再现 |
此外，本工作具体分析了多次曝光的相位误差来源，发现反复读写引入的相位差是导致实验与理论偏差的关键，为实验优化提供依据。 |
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| 图5. 不同读取条件下全息图响应。(a)-(c) 每3分钟读取一次，全息图1。 (d) 9 分钟后单次读取，全息图2 |
本文提出的动态偏振扫描法，解决了传统 A/B 测量精度不足的问题，适用于多种偏振敏感材料与偏振组合场景。此外，针对测量结果中的误差来源进行了分析，重点研究了读取过程中影响再现光偏振态的因素。提升测量精度有助于深入分析误差来源，并利用测量数据量化实验误差范围，这对偏光全息理论研究及其应用具有重要参考价值。 |
上述成果以“An accurate method for measuring the exposure response coefficient in polarization holography”为题，发表在爱思唯尔（Elsevier）主办的英文期刊《Optics and Laser Technology》，Volume 199, 115039, (2026)上。 论文的相关链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0030399226003907 |
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(2026.03.03)
