| 圆偏振光是偏振光中比较特殊的偏振状态，在传播过程中其电矢量 (E) 大小保持不变，而方向随时间均匀旋转。换句话说，圆偏振光电矢量的端点描绘的轨迹为一圆形螺旋线。在垂直振动合成理论中，圆偏振光可以看成是两个相互垂直的线偏振光的合成，其振幅相等、相位差为 ±π/2 。因此，圆偏振光只有两种状态，即，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。如图1 所示，光波沿着 z 轴的正方向传播，相位差的 ± 符号决定了电矢量的旋向是左旋还是右旋。 | |
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| (a) 左旋圆偏振光 | (b) 右旋圆偏振光 |
| 图1. 圆偏振光的两种传播模式 | |
| 我们研究偏光全息的再现特性，就是从圆偏振光的偏光全息开始的。第一台研究偏光全息的实验装置如图2 所示，将两种圆偏振光的干涉图案记录到对偏振敏感的全息材料（PQ/PMMA）中，我们称其中的一束为信息光，另一束为参考光。当记录的光强度和时间满足一定的曝光条件（A + B = 0）时，我们可以得到表1 所示的再现结果。表中 l 代表左旋圆偏振光，r 代表右旋圆偏振光。 | |
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| 图2. 圆偏振光的偏光全息记录和再现实验系统光路图 | |
| 表1. 圆偏振光的再现特性 | |
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当再现参考光与记录时的偏振态一致时，再现光束的振幅、相位和偏振态与记录时信号光的也完全相同，我们称其为“忠实再现”；而当再现参考光偏振态与记录时的相互正交时，再现光束就会消失，我们称这种现象为“零再现”。“零再现”是偏光全息中特有的现象，在传统全息中是完全不会发生的。有关这个实验的详细内容可参阅相关文献（Optics Express, 2015, 23(7), 8880）。 为了探明“零再现”这一特殊现象的物理机理，将再现参考光的圆偏振态分解为两个具有相位差为±π/2 的 s 和 p 的线偏振光分量，用这两个分量去读取圆偏振光形成的偏光全息。计算结果表明，当再现参考光的偏振态与记录时的相互正交时，获得的两束圆偏振光，其振幅相同符号相反。这两束再现光发生了相消干涉，相互抵消了。为验证这一结果的正确性，搭建了一套如图3 所示的实验系统。将两束再现光分成上下两半部分，通过上下两部分干涉条纹的错移，来证明了这一相位的偏差。有关这个实验的详细内容可参阅相关文献（Optics Express, 2016, 24(2), 1641）和介绍。 |
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| 图3. “零再现”物理机理验证实验系统光路图 | |
| 利用圆偏振光的零再现可以实现许多与圆偏振光相关的应用。这里介绍一种用于识别左旋和右旋圆偏振光的探测器件。这个器件的制作需要记录两次偏光全息，用一对正交的椭圆偏振光作为两次记录的信息光，且调制以“L”和“R”的字母符号，以便区分读取参考光的旋向，用一对正交圆偏振光作为两次记录的参考光，参考光与信息光的旋向要相反。为了保证“零再现”，信号光的椭圆度要与干涉夹角相关。这样制作出的偏光全息器件在再现时，就会以“L”和“R”的亮度比例，显示出再现参考光中的左旋和右旋光的成分占比。该实验系统如图4 所示，有关这项研究的详细内容可参阅相关文献（Optics Letters, 2022, 47(22), 5941）。 | |
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| 图4. 验证圆偏振光探测器的实验系统光路图 | |
| 通过张量的偏光全息理论，对忠实再现的进一步研究表明：当圆偏振的信号光与线偏振的参考光进行干涉记录的偏光全息时，在干涉夹角不为 0° 和 90° 夹角，且记录的光强度和曝光时间满足一定的条件（A + B = 0）下，无论用什么样的再现参考光读取都能获得信息光的忠实再现。也就是说什么样的参考光都能再现出信息光的圆偏振态。为验证这一结论的正确性，搭建了如图5 所示实验系统。这项研究成果为制作圆偏振光发生器提供了一种新的思路。有关这项研究的详细内容可参阅相关文献（Optics Express, 2016, 29(2), .29, No.2, 2613）和介绍。 | |
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| 图5. 验证圆偏振光发生器的实验系统光路图 | |
