本实用新型专利技术公开了一种二维琼斯矩阵参量的全息测量装置，包括互不相干的光源S1和S2，由S1和S2发出的两束光先分别经过由两个二维正交光栅CG1和CG2组成的衍射系统衍射后，再通过一个偏振分光镜分别进入干涉系统的物波光路和参考光路；在物波光路中，通过低通滤波只保留从衍射系统出射的零级衍射光作为照明光入射到样品上，形成包含样品偏振信息的物光波；在参考光路中，利用四通道偏振空间滤波器进行滤波处理和偏振处理，只保留从衍射系统出射的四束一级衍射光作为参考光波；物光波与参考光波叠加，叠加光场由记录系统记录，得到四通道琼斯矩阵全息图。本实用新型专利技术测量效率高，只需要一步测量就能提取出待测样品的复振幅空间分布。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种二维琼斯(Jones)矩阵参量的全息测量装置。
技术介绍
当一束光通过偏振敏感材料后，除了振幅和相位会发生变化，它的偏振态也会发生改变。一般情况下，透过偏振敏感材料的光场Eout和入射光场Ein之间的关系可以表示为：E→out=TE→inorExoutEyout=TxxTxyTyxTyyExinEyin,---(1)]]>其中，矩阵T的四个复值矩阵参量表征了物体的矢量透射特性，矩阵T通常被称作琼斯矩阵或透射矩阵。透射矩阵T的实验测量技术在软物质物理、细胞生物学、生物物理学、化学和矿物质学等涉及偏振敏感材料的科学和技术研究领域都有重要的学术和应用价值(参见文献1-文献7)。目前，虽然已有多种方法可用来定量测量物体的诸如双折射和斯托克斯参量等偏振敏感信息(参见文献8-文献20)，但是它们都不能用来直接测量物体的琼斯矩阵信息。最新的技术包括琼斯相位显微技术(参见文献21)和改进的偏振全息显微术(参见文献22)，但这两种技术存在以下缺点：(1)琼斯相位显微技术采用离轴全息术实现了样品的二维琼斯矩阵参量的直接测量。但是，这一技术不适合对偏振敏感样品进行动态研究，因为利用该技术测量琼斯矩阵参量需要进行四步测量，测量过程中还需要精确控制输入、输出偏振器件的转动；(2)改进的偏振全息显微术仍然需要进行两步测量，而且在测量过程中入射光的偏振态还需要在两个正交的偏振态间重复改变，这需要用到光学斩波器和同步图像采集系统。因此，到目前为止，如何实现二维琼斯矩阵参量的实时测量仍然是一个亟待解决的问题。其中，所提到的文献是指：文献1：R.Oldenbourg,“A new view on polarization microscopy,”Nature 381(6585),811–812(1996).文献2：K.Katoh,K.Hammar,P.J.S.Smith,and R.Oldenbourg,“Birefringence imaging directly reveals architectural dynamics of filamentous actin in living growth cones,”Mol.Biol.Cell 10(1),197–210(1999).文献3：A.Gasecka,T.J.Han,C.Favard,B.R.Cho,and S.Brasselet,“Quantitative imaging of molecular order in lipid membranes using two-photon fluorescence polarimetry,”Biophys.J.97(10),2854–2862(2009).文献4：Y.K.Park,C.A.Best,K.Badizadegan,R.R.Dasari,M.S.Feld,T.Kuriabova,M.L.Henle,A.J.Levine,and G.Popescu,“Measurement of red blood cell mechanics during morphological changes,”Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.107(15),6731–6736(2010).文献5：Y.K.Park,M.Diez-Silva,D.Fu,G.Popescu,W.Choi,I.Barman,S.Suresh,and M.S.Feld,“Static and dynamic light scattering of healthy and malaria-parasite invaded red blood cells,”J.Biomed.Opt.15(2),020506(2010).文献6：S.Cho,S.Kim,Y.Kim,and Y.K.Park,“Optical imaging techniques for the study of malaria,”Trends Biotechnol.30(2),71–79(2012).文献7：Y.Kim,J.M.Higgins,R.R.Dasari,S.Suresh,and Y.K.Park,“Anisotropic light scattering of individual sickle red blood cells,”J.Biomed.Opt.17(4),040501(2012).文献8：T.Colomb,F.Dürr,E.Cuche,P.Marquet,H.G.Limberger,R.P.Salathé,and C.Depeursinge,“Polarization microscopy by use of digital holography:application to optical-fiber birefringence measurements,”Appl.Opt.44(21),4461–4469(2005).文献9：T.Nomura,B.Javidi,S.Murata,E.Nitanai,and T.Numata,“Polarization imaging of a 3D object by use of onaxis phase-shifting digital holography,”Opt.Lett.32(5),481–483(2007).文献10：T.Tahara,Y.Awatsuji,Y.Shimozato,T.Kakue,K.Nishio,S.Ura,T.Kubota,and O.Matoba,“Single-shot polarization-imaging digital holography based on simultaneous phase-shifting interferometry,”Opt.Lett.36(16),3254–3256(2011).文献11：R.K.Singh,D.N.Naik,H.Itou,Y.Miyamoto,and M.Takeda,“Stokes holography,”Opt.Lett.37(5),966–968(2012).文献12：J.R.Kuhn,Z.Wu,and M.Poenie,“Modulated polarization microscopy:a promising new approach to visualizing cytoskeletal dynamics in living cells,”Biophys.J.80(2),972–985(2001).文献13：I.H.Shin,S.M.Shin本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二维琼斯矩阵参量的全息测量装置，其特征是，包括光源系统、光栅衍射系统、干涉系统、记录系统和数据处理系统；所述光源系统包括两个互不相干的光源S1和S2，由S1和S2发出的两束光先分别经过由两个二维正交光栅CG1和CG2组成的衍射系统衍射后，再通过一个偏振分光镜分别进入干涉系统的物波光路和参考光路；在物波光路中，通过低通滤波只保留从衍射系统出射的零级衍射光作为照明光入射到样品上，透过样品后形成包含样品偏振信息的物光波；在参考光路中，利用一个四通道偏振空间滤波器进行滤波处理和偏振处理，只保留从衍射系统出射的四束一级衍射光作为参考光波；物光波与参考光波通过一个非偏振分光镜在记录平面叠加，叠加光场由记录系统记录，得到包含物光波的振幅、相位和偏振信息的四通道琼斯矩阵全息图，利用数据处理系统对记录的全息图进行数据处理得到样品的二维琼斯矩阵全部四个矩阵参量的振幅和相位分布。
【技术特征摘要】
1.一种二维琼斯矩阵参量的全息测量装置，其特征是，包括光源系统、光栅衍射系统、
干涉系统、记录系统和数据处理系统；所述光源系统包括两个互不相干的光源S1和S2，由
S1和S2发出的两束光先分别经过由两个二维正交光栅CG1和CG2组成的衍射系统衍射后，
再通过一个偏振分光镜分别进入干涉系统的物波光路和参考光路；在物波光路中，通过低通
滤波只保留从衍射系统出射的零级衍射光作为照明光入射到样品上，透过样品后形成包含样
品偏振信息的物光波；在参考光路中，利用一个四通道偏振空间滤波器进行滤波处理和偏振
处理，只保留从衍射系统出射的四束一级衍射光作为参考光波；物光波与参考光波通过一个
非偏振分光镜在记录平面叠加，叠加光场由记录系统记录，得到包含物光波的振幅、相位和
偏振信息的四通道琼斯矩阵全息图，利用数据处理系统对记录的全息图进行数据处理得到样
品的二维琼斯矩阵全部四个矩阵参量的振幅和相位分布。
2.如权利要求1所述的全息测量装置，其特征是，所述干涉系统，为马赫-曾德干涉系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：国承山，刘轩，王本义，谢一言，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：新型
国别省市：山东;37
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