偏光全息研究历程与展望

全息是目前一项极具前景的科学技术,即通过信号光和参考光的干涉,在小小的全息图上记录丰富的信息。相比于传统全息仅记录光波的相位、振幅信息,偏光全息可以将额外的偏振信息记录于偏振态敏感材料中。本文从偏光全息材料入手,详细介绍了偏光全息生产过程;同时介绍基于琼斯理论和张量理论的偏光全息原理和研究进展;最后描述了偏光全息在全息存储和纳米光学领域的发展前景。     

基于相位共轭的动态体全息衍射特性的实时非破坏性测量

基于相位共轭技术,提出了一种动态体全息衍射特性的实时测量方法.在光学系统设计中,通过调整使得物光和参考光较强,而与参考光共轭的再现光非常弱（约为参考光的1/1 000）,借助非常微弱的共轭再现光实现了动态体全息的非破坏性实时测量.三束光的强度和偏振态可通过1/4波片、偏振片和衰减片进行调节和组合,可记录光强调制型或偏振态调制型体全息.本方法适合于光致折射率变化和光致变色材料体全息的测量.     

基于光学全息的任意矢量光的生成方法

基于光学全息的角度复用特性, 根据空间光调制器对光场的相位和振幅调制原理, 通过加载产生任意矢量光所需要的相位分布, 设计了一种生成任意矢量光的方法. 该方法首先利用光学全息技术记录空间光调制器加载的相位, 从而制作一个全息光栅; 再现过程中, 两束具有相同入射角度的参考光照射全息光栅, 使得两束再现光相干叠加, 进而获得可调控的任意矢量光. 该方法能够避免复杂偏振态的出现, 并且具有生成光路简单、方便操作、生成矢量光的偏振纯度高等优势. 通过计算机模拟生成了任意矢量光, 获得了很好的效果.     

高密度光学全息存储技术的新进展：向光盘存储挑战

光全息存储的独特优点，尤其是体全息存储的高容量和高数据传输速率，使光全息存储最有希望成为下一代海量存储技术。通过与现有的光盘和磁盘存储技术的对比，介绍了全息存储的原理和材料，以及在这一活跃的研究领域中的新进展，特别是为了提高存储容量和抑制串象噪音所发展起来的各种全息复用技术。对全息存储技术取得实用性进展的前景也作了简略讨论。     

基于光学全息"指纹锁"的设计与仿真

本文提出了一种基于光学全息的“指纹锁”,将其放置在智能卡的IC芯片前面,用于对用户的个人识别号(PIN码)进行预先加密和认证,和智能卡原有的数字加密算法相结合,可进一步提高信息存储和提取的安全性.该指纹锁是以指纹图像和随机相位板为密钥,记录在光折变晶体材料内的一组角度复用加密全息图.这种光学加密全息图与传统的角度复用全息图不同,其参考光兼有指纹密钥的振幅调制和随机相位调制,具有私密性好、携带方便、安全性高等优点.     

基于空间光场调控技术的光学微操纵

光镊技术具有无机械接触与高精度操纵微小尺度粒子的优点,自发明以来已逐渐成为生命科学和胶体物理学等领域中强有力的研究工具。随着研究的深入,传统的单光阱光镊已难以满足更高级的应用需求。近年来,空间光场调控技术通过对光场的振幅、相位和偏振态分布的调制,极大地丰富和增强了光学微操纵技术的功能,促进了包括激光微纳加工、微粒分选与输运、胶体粒子物理特性研究等方面的发展。从光场的振幅、相位和偏振态调制技术出发,综述近年来空间光场调控技术的发展及其在光学微操纵中的应用,重点介绍全息光镊、特殊模式光束微操纵、矢量光场微操纵等光学微操纵技术的研究进展。     

体全息存储技术

体全息存储技术以其存储密度和数据读出率高及相关内容寻址等特点而具有广阔的应用前景。但体全息存储技术要同其它已经成熟的技术竞争 ,以在存储市场上占有一席之地 ,就必须注重发挥自己的优势。另外体全息存储技术要实现商品化 ,还有两个重要的问题需要解决。一是以较低的价格实现激光、空间光调制器和探测器阵列的对准。其次是要寻找合适的存储材料。对体全息存储来说寻找合适的存储材料仍是一个尚待解决的问题 ,至今还没有一种材料具有性能、容量和价格的综合优势     

利用动态散斑实现体全息存储的新型复用技术

本文提出了一种新型散斑全息存储技术,它是在体全息存储参考光路中加入一随机相位板并通过其移位导致被参考光照明的位置发生变化,利用在存储介质上产生的动态散斑实现多重全息存储.基于动态散斑互相关和衍射理论导出了相应的理论模型,给出了参考光散斑尺雨寸对反映存储密度的复用选择性影响的计算分析和实验结果,从而表明该技术可方便地用于提高系统的存储密度.     

空间光调制器特性及其在数字全息中的应用

空间光调制器特性及其在数字全息中的应用实验,教学内容丰富,包括空间光调制器的性质,如像素尺寸测量、振幅调制特性测定、相位调制特性测定和黑栅效应消除,还包括空间光调制器的实际应用——数字全息实验.通过该实验的学习学生可以掌握空间光调制器的基本工作原理,并了解其在数字全息中的应用.     

双复合光楔偏振调制模块消色差研究

为了提高空间振幅调制光谱偏振测量系统中光谱偏振数据和图像的采样精度,对偏振调制模块-双复合光楔调制器的消色差特性进行了研究.根据双复合光楔的消色差原理及其结构形式,分析了不同双折射晶体材料构成的双复合光楔调制器相位延迟量的一阶导数与晶体材料双折射率、楔角的关系,并利用Matlab软件数值模拟寻找最优组合.基于理论分析,采用KDP-石英组合与石英-石英组合进行对比实验,结果表明:KDP-石英组合一级亮条纹相位延迟量对波长的一阶导数数值小于石英-石英组合,证明了KDP-石英组合消色差特性优于石英-石英组合,其结果与理论分析一致.     

有机光折变材料的新进展

有机光折变材料是近几年新出现的光电功能材料，在各各光电子信息处理领域具有广泛的应用前景，如高精密光学数据存储、光学图像处理、相位共轭镜和激光器、动态全息、光计算和图形识别等。文章回顾了近几年中新兴的、有希望的光折变聚合物材料领域的最新进展及其在可重写全息信息存储中的应用。     

紧聚焦轴对称矢量光场波前调控及应用

作为光波最重要的本征物理属性之一,光场偏振态在研究光与物质相互作用中占有重要地位。矢量光场的波前调控为其聚焦场提供了更加复杂、更加灵活可控的振幅、相位以及偏振态分布,丰富了光与物质相互作用的手段,为材料表征提供了传统线偏振、圆偏振光场所不可替代的研究方法,具有重要的物理意义和实际应用价值。本文将综述矢量光场最新的研究进展,详细介绍矢量光场的偏振态特性、产生方法,以及紧聚焦轴对称矢量光场波前调控在远场小尺度光斑的产生、磁光记录、单分子/颗粒取向探测、任意三维偏振态的产生、高密度数据存储、信息加密以及矢量光场波前重构等方面的重要应用。     

基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

提出了一种在数字全息记录系统中利用偏振和角分复用技术对光场进行偏振态检测的方法. 将全息系统中的一束参考光分为偏振方向相互正交、初相位相同的两束光, 并分别与物光相同偏振方向的两个分量干涉, 形成两幅子全息图, 同时记录在一帧画面中. 为了分开记录到的物光两个分量, 系统中利用了角分复用技术, 即在两束参考光中引入不同载频, 使物光两分量的频谱位于全息图频谱面的不同区域. 通过滤波、逆傅里叶变换和衍射计算, 获取距离全息图不同位置处物光两正交分量复振幅信息. 利用复振幅信息, 可以构建被测物光的斯托克斯参量和琼斯矢量, 从而表征物光的偏振态. 实验中, 通过对一束椭圆偏振光进行偏振态测量以及对该光束在不同空间位置处的偏振态进行表征, 表明该方法可以实现光束偏振态全场测试, 并且具有较高的可靠性. 关键词： 数字全息 偏振态 琼斯矢量 斯托克斯参量     

4pi聚焦系统中振幅和相位调制的径向偏振涡旋光束聚焦特性的研究

基于Richards-Wolf矢量衍射积分公式, 研究了径向偏振涡旋光束在振幅和相位调制下的4pi聚焦特性.振幅调制是通过振幅滤波实现, 即改变入射光束起始积分值达到调节,相位调制是通过添加相位延迟角δ 的液晶相位延迟器来改变入射光束的偏振态.模拟结果显示,随着振幅的减小, 4pi聚焦系统焦点附近的光轴上呈现出多光球结构; 而相位调制对焦点附近的光强分布产生拉伸作用, 即调节入射光束的拓扑核m和相位延迟器的延迟角δ,可以得到特殊的光强分布. 随着相位δ增大, m=0产生的多光球结构慢慢向光链结构转变,最终变成暗通道;而m=1产生的光链结构慢慢变成光球结构; m=2产生的暗通道变成光球和光链叠加的结构, 这种特殊聚焦光束在光学微操纵领域具有潜在的应用价值. 关键词： 物理光学 偏振 光链 4pi聚焦系统     

菌紫质高密度偏振全息光数据存储实验研究

实验研究了基因改性菌紫质BR_D96N薄膜在不同偏振光记录下的全息存储特性，比较了不同 偏振态记录光和读出光对衍射像光强及信噪比的影响. 实验结果表明，与其他偏振全息记录 相比，正交圆偏振光记录可实现衍射光偏振状态与散射噪声偏振状态的分离，得到高信噪比 的衍射像，同时还具有高的衍射效率. 以 He_Ne 激光器（633nm，3mW）为记录和读出光源 ，用空间光调制器作为数据输入元件，CCD作为数据读出器件，采用傅里叶变换全息记录的 方法，在 BR_D96N 薄膜样品60μm×42μm的面积上进行了正交圆偏振全息数据存储，达到 了2×10⁸bit/cm²的存储面密度，并实现了编码数据的无误读出与 还原. 关键词： 菌紫质 偏振全息 光致变色 光致各向异性 高密度光存储     

计算机制相位彩虹全息近眼显示

基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示.指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素.在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布.然后,对参考光对应的高频闪耀光栅的相位进行编码,得到计算机制相位彩虹全息图.最后,设计了包含白色点光源、准直透镜、空间光调制器、4f滤波系统及目镜的全息彩色近眼显示系统,并通过光学再现获得了相位彩虹全息近眼显示效果,证明了所提方法的有效性.     

可实现存储光栅快速增强的新型全息存储结构

提出一种新型全息数据存储结构，该结构包含两块存储的内容完全相同的光折变晶体，无需相位共轭器，仅利用两束时域快速调制的平面参光波便可实现对存储全息图的迅速增强。文章讨论了调制速率，读出光强比，晶体非线性耦合强度及初始光栅强度对增强速度及可获得的饱和衍射效率的影响。     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

用Stokes参量法实现数字同轴偏振全息的研究

提出了一种基于Stokes参量的数字同轴偏振全息方法.在实验中用一束线偏振光和一束椭圆偏振光作为参考光, 分别与物光进行干涉,通过拍摄在两个相互垂直方向上的全息图,计算出物光在这两个方向的振幅和相位信息, 从而得到物光的Stokes参量和物体的全偏振信息,实现对各向异性物体偏振态空间分布的图像重建. 实验结果表明,该方法可用于物体的全偏振特性的测量.这种方法在求出物光Stokes参量的同时, 也可消除零级像和共轭像的干扰,因此也可用于同轴或离轴全息.     

光学腔内两正交偏振模振幅和相位的补偿

本文开展了光学腔内两正交偏振模振幅和相位补偿的实验研究。通过采用特殊腔型和两个λ/2波片,补偿腔内反射镜对水平偏振模和垂直偏振模的反射率差异,使两个偏振模的输出振幅相等。利用一组λ/4-λ/2-λ/4波片补偿光学腔内水平偏振模和垂直偏振模的相位差,使两个模的输出重合。通过上述的振幅和相位补偿方法,可实现任意偏振光经过环形腔后偏振不变,为任意偏振比特在腔内冷原子系综中的高效率高保真度存储提供了实验基础。