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《北京理工大学》 2017年
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基于张量理论的偏光全息基础研究

臧金亮  
【摘要】:偏振是光波的重要特性之一,以光波的偏振信息为记录和再现对象的偏光全息是近年发展起来的新兴研究学科。传统的全息通过记录两束同偏振态的相干光的干涉光栅实现光场的振幅和相位信息的记录和再现,偏光全息则通过记录两束不同偏振态的相干光的偏振光栅,能够同时记录光场的振幅,相位和偏振信息。由于具有独特的记录光场的偏振信息的能力,偏光全息吸引大量研究人员关注,成为新兴研究热点之一。前期的偏光全息理论基于琼斯理论描述,该理论假设两束光近似平行的角度干涉,因此只能研究较小干涉角度的偏光全息的特性,限制了对偏光全息特性的全面认识。新的偏光全息理论通过引入张量描述,突破了干涉角度的限制,可以方便的研究任意偏振状态,任意干涉角度下的偏光全息特性。本论文基于张量描述的新偏光全息理论,系统性研究了偏光全息在任意干涉角度下的记录和衍射特性,详细研究了偏振信息忠实再现,以及在偏光全息再现过程中的“零再现”,“反转再现”等一系列偏光全息特有的现象,并给出了相关实验验证。首先,研究了基于线偏振光记录的偏光全息的特性。(1)研究了任意线偏振光记录的偏光全息实现信号忠实再现的的基本条件,并对其中的物理机理进行了详细讨论;(2)研究了正交线偏光记录的偏光全息的记录和衍射特性,结果显示,衍射光的偏振状态和衍射效率都可以通过读取参考光的偏振态进行控制;(3)首次得到了正交线偏振光记录下的偏光全息的“零再现”这一特殊现象的实现条件,并制备立方体偏振敏感记录材料对此进行了实验验证;(4)设计了基于正交线偏振的偏振复用双通道全息记录系统,并实验证明了该方案的可行性。其次,研究了圆偏振光记录的偏光全息的特性。研究了正交圆偏振光记录的偏光全息实现信号忠实再现的实验条件,并对较大干涉角度记录的正交圆偏振的偏光全息的“零再现”现象进行了实验研究,对该现象产生的物理机理给出了理论解释和实验验证。结果表明“零再现”现象是由于圆偏振读取参考光中的正交线偏振分量分别再现的衍射光波存在π的相位差而发生了相干相消现象。最后,研究了椭圆偏振光记录的偏光全息的特性。研究了椭圆偏振光记录的偏光全息的衍射特性,得到了实现椭圆偏振信号忠实再现的实验条件;首次发现了椭圆偏振光记录的偏光全息特有的“反转再现”现象,并实验验证了该现象的存在。利用基于张量描述的偏光全息理论系统研究了基于线偏振光,圆偏振光和椭圆偏振光任意干涉角度记录的偏光全息的记录和衍射特性。一方面证明了该新理论的有效性,另一方面建立了偏光全息统一性衍射特性规律,加深了对偏光全息的认识与理解。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O436.3

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