發(fā)布時(shí)間：2019-08-17 22:13

【摘要】：偏振是光的基本屬性之一,用來描述振蕩的電矢量的方向,是不同于光的強(qiáng)度和頻率的光的另一類信息形式。光的偏振信息的檢測(cè)不僅可以揭示光的不同偏振狀態(tài),也可以反映和揭示對(duì)偏振敏感的材料和介質(zhì)的特性。光的偏振本質(zhì)上就對(duì)光學(xué)各向異性敏感,可以用來反映結(jié)構(gòu)的局部有序性,揭示材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成,以及光的散射、發(fā)射和吸收等現(xiàn)象的本質(zhì)屬性。偏振也是波導(dǎo)、納米加工及生物醫(yī)學(xué)等工程中描述光與物質(zhì)相互作用的重要參量。此外,對(duì)反映材料偏振響應(yīng)參量的測(cè)量在揭示材料的雙折射性質(zhì)、表征光學(xué)器件復(fù)雜調(diào)制特性、發(fā)現(xiàn)光與物質(zhì)相互作用的物理機(jī)制等方面都具有重要的意義。傳統(tǒng)的基于強(qiáng)度的傳感器無(wú)法探測(cè)光線的偏振信息,而且由于偏振固有的矢量特性,導(dǎo)致對(duì)同一個(gè)偏振信息通常需要進(jìn)行多次測(cè)量,每次一般只能測(cè)量其中一個(gè)矢量分量。因此相對(duì)于頻率和強(qiáng)度,光的偏振信息的測(cè)量要更復(fù)雜,而對(duì)于偏振敏感材料和器件偏振特性的測(cè)量則更加困難,目前對(duì)這類材料和器件偏振特性的高效、全面測(cè)量還是一個(gè)亟待解決的問題。本論文針對(duì)偏振敏感材料和器件的全息偏振測(cè)量和成像方法開展理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.綜述了目前已有的偏振敏感材料偏振特性的測(cè)量方法。針對(duì)偏振敏感材料偏振特性兩種描述形式(米勒矩陣和瓊斯矩陣形式)的測(cè)量方法分別作了概述。對(duì)于瓊斯矩陣的測(cè)量,根據(jù)測(cè)量方法的不同,分為基于強(qiáng)度的測(cè)量、基于強(qiáng)度和相位的測(cè)量以及基于數(shù)字全息的測(cè)量方法等幾種類型,分別介紹了一些典型的測(cè)量方案;對(duì)于米勒矩陣的測(cè)量,主要介紹了基于旋轉(zhuǎn)光學(xué)元件法、光彈性調(diào)制器法和液晶可變延遲器等三類測(cè)量方法。2.對(duì)偏振的基本理論及偏振敏感介質(zhì)偏振特性的描述進(jìn)行了綜述。介紹了偏振光的基本理論及常見的兩種偏振光的矩陣描述形式:瓊斯列矩陣和斯托克斯列矩陣;在此基礎(chǔ)上,對(duì)偏振器件的矩陣形式及運(yùn)算方法進(jìn)行了描述;針對(duì)研究的內(nèi)容,重點(diǎn)對(duì)一般偏振敏感材料偏振特性的描述方式進(jìn)行了歸納,包括瓊斯矩陣的描述方式和米勒矩陣的描述方式,并對(duì)兩種描述方式的聯(lián)系和區(qū)別進(jìn)行了說明。3.對(duì)點(diǎn)源照明下的離軸菲涅爾全息進(jìn)行了理論分析和模擬計(jì)算。針對(duì)全息記錄公式中物波項(xiàng)的分析結(jié)果表明:在點(diǎn)源照明下離軸菲涅爾全息圖的物波項(xiàng)等于放大后的物體的菲涅爾衍射,并給出了衍射距離的計(jì)算公式;通過理論分析得到了全息圖物波項(xiàng)和物波共軛項(xiàng)的頻移量,并通過模擬計(jì)算討論了點(diǎn)源間距、點(diǎn)源平面與物平面間距、以及物平面與記錄面間距等參量對(duì)全息圖再現(xiàn)的影響。4.提出了一種基于雙正交光柵和角分復(fù)用的四通道偏振全息成像的方法及測(cè)量系統(tǒng)。利用雙正交光柵結(jié)合角分復(fù)用技術(shù),實(shí)現(xiàn)了四通道偏振全息成像,基于該方法搭建的系統(tǒng)能夠通過一步測(cè)量得到偏振敏感材料空間分辨的瓊斯矩陣的全部復(fù)數(shù)參量。從理論上對(duì)該方法進(jìn)行了分析,給出了利用四通道角分復(fù)用全息圖復(fù)原偏振敏感材料瓊斯矩陣參量的具體步驟和公式描述;利用計(jì)算機(jī)編程,對(duì)該方法的可行性進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證;通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建立,對(duì)復(fù)合波帶板的瓊斯矩陣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量,得到了二維瓊斯矩陣;基于測(cè)量得到的瓊斯矩陣,模擬計(jì)算了測(cè)量樣品對(duì)入射光的偏振響應(yīng),計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果基本一致。5.提出了一種基于單模光纖的無(wú)透鏡瓊斯矩陣全息測(cè)量和成像系統(tǒng)。針對(duì)已有的偏振測(cè)量方法存在的需要多次調(diào)整偏振元件,或者使用復(fù)雜的光路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一步測(cè)量的問題,提出了一種基于單模光纖的無(wú)透鏡瓊斯矩陣全息測(cè)量和成像系統(tǒng),該系統(tǒng)基于光纖和無(wú)透鏡離軸菲涅爾全息的原理進(jìn)行設(shè)計(jì),僅僅需要三個(gè)分光棱鏡就能實(shí)現(xiàn)全息圖的四通道角分復(fù)用,極大的減少了光學(xué)器件的數(shù)量。系統(tǒng)光路簡(jiǎn)單、易于調(diào)節(jié)且避免了透鏡像差的影響。通過對(duì)復(fù)合偏振片瓊斯矩陣的實(shí)驗(yàn)測(cè)量,驗(yàn)證了方案的可行性。作為對(duì)偏振測(cè)量的應(yīng)用實(shí)例,分別測(cè)量給出了應(yīng)力作用下PMMA樣品、云母片樣品和生物樣品的瓊斯矩陣參量,并通過計(jì)算得到的瓊斯矩陣,進(jìn)一步給出了樣品沿不同主軸方向的特征值相位,以及與此相對(duì)應(yīng)的偏振光經(jīng)樣品傳播后在兩主軸方向上產(chǎn)生的相位延遲。6.對(duì)扭曲向列型液晶空間光調(diào)制器(TN-LCSLM)在全灰度階下的瓊斯矩陣復(fù)數(shù)參量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。提出利用基于雙光源的離軸全息結(jié)合角分復(fù)用全息技術(shù),實(shí)現(xiàn)TN-LCSLM全灰度二維瓊斯矩陣一步測(cè)量的方法。首先對(duì)離軸全息中系統(tǒng)噪聲和相位包裹產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析;然后分析了TN-LCSLM不同的電壓狀態(tài)對(duì)瓊斯矩陣測(cè)量的影響,提出了消除TN-LCSLM關(guān)態(tài)背景噪聲的方法,并進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析;最后通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到了TN-LCSLM在0-255灰度階的二維空間分辨的瓊斯矩陣的全部復(fù)數(shù)參量;進(jìn)一步利用測(cè)量得到的結(jié)果,分析了TN-LCSLM的透射特性。
【圖文】：

[73]。圖1.13 基于液晶相位可變延遲器的米勒矩陣測(cè)量裝置[73]1.3 本論文的主要研究?jī)?nèi)容偏振敏感材料偏振參量的測(cè)量對(duì)于揭示材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或雙折射性質(zhì)、表征光學(xué)器件

軸會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，，而橢圓的形狀與轉(zhuǎn)向不變，即 的大小和正負(fù)皆不改變，如圖 2.5所示。圖2.5 橢圓長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)過角度示意圖當(dāng)旋光角為正值時(shí)，意味著逆時(shí)針轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度 ad，d 是晶體厚度，a 是比例旋光系數(shù)，其瓊斯矩陣為， 2 /cos sinsin cosj ndad adT ead ad 或 cos sinsin cosad adTad ad (2.60)4.光纖的瓊斯矩陣[77,78]：長(zhǎng)度為 L 的一段光纖的瓊斯矩陣可以表示為：* *A BMB A (2.61)
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O436.3

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本文編號(hào)：2528062