CN107247339A - 一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明利用偏振态径向变化的矢量光束可以产生两个焦点，且两个焦点间的间隔距离可由光学参数控制的这一特性，搭建了一套双像间距可调控的双成像系统。该发明的实验系统包括矢量光源，透镜,图像检测器。空间光调制器可调制带有图像信息的入射光，并配合后续光学系统对所述入射光进行调制，得到偏振态径向变化的矢量光束：该光束透过透镜，再用图像捕获装置操作接收所述的空间调制光，并且检测空间调制光透过透镜后的不同部分的强度值，从而在其中形成调制光的图像。双聚焦成像是光学成像的一大重大突破，本发明从矢量光场的传播特性得到这一成果，并得到影响该双聚焦成像焦点间距的光学参数。应用前景可观。

Description

一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像方法及系统

技术领域

本发明涉及矢量光场的成像领域，尤其涉及一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像方法及系统。

背景技术

在过去的几年中，矢量光场特有的聚焦特性与新型的偏振结构广泛的引起了人们兴趣。在一般情况下，通过设置空间光调制器的相位或强度(或两者同时改变)的入射光束就只有一个焦点，但是双焦点成像的研究和应用却寥寥无几。双焦点成像研究相对较晚，但是其应用前景却很可观，通过研究影响其的光学参数，可以有更大突破。本发明利用偏振态径向变化的矢量光束，调制出双焦点成像，给出了影响双焦点成像的相关参数，结果清晰，易于制作。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术的不足，提供一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像方法及系统。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像系统，该系统通过将带有图像信息的入射光用空间光调制器调制成偏振态径向变化的矢量光场，实现双成像。所述偏振态径向变化的矢量光场在z＝0平面上的表达式为：E_x＝exp(i2πnr^l)，E_y＝exp(-i2πnr^l)；

其中，E_X为偏振态径向变化的矢量光场的x方向上的电场强度分量，E_y为偏振态径向变化的矢量光场的y方向上的电场强度分量，n为矢量光束偏振态沿径向变化的快慢的表示参数，r为矢量光束的光场半径，i为复数分量,l为拓扑荷。

一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像系统，包括偏振态径向变化的矢量光场发生器和透镜，偏振态径向变化的矢量光场发生器产生偏振态径向变化的矢量光场，将表示入射图像的入射光调制到矢量光场发生器中，经该发生器处理后获得带有图像信息的偏振态径向变化的矢量光场，然后通过透镜聚焦后，可在透镜的两个焦点处通过图像探测器分别获得图像。

进一步地，所述的系统所成的两个像之间的距离Δd满足其中，l为拓扑荷，f是透镜焦距，λ是矢量光场的波长，r₀是矢量光场的初始半径。

进一步地，所述图像探测器包括CCD阵列和偏振分析仪，通过CCD阵列来执行捕获所述调制光，并且检测所述空间调制光的在不同距离处的强度值和偏振态，以及形成的调制光图像。

本发明的有益效果在于：双成像现象是矢量光束传播特性应用的一大创新，一束光束可以在不同的焦点处得到两个清晰的像，且能得到影响两个像间距的光学参数。

附图说明

图1为偏振态径向变化的矢量光束的偏振态分布情况示意图；

图2为双成像系统的装置示意图。

图3为双成像系统的双焦点成像模拟示意图。

图4为系统示意图；

图中，空间光调制器A，透镜L1、L2，空间频率滤波器B，λ/4波片E、F，Ronchi相位光栅C，薄透镜L3，图像探测器D。

具体实施方式

如图2所示，一种基于偏振态径向变化的矢量光场的双像间距可控的双成像系统，包括：偏振态径向变化的矢量光场发生器(光源、空间光调制器A，两个完全相同的透镜(L1和L2)，空间频率滤波器B，两个λ/4波片(E和F)，Ronchi相位光栅C)，薄透镜L3；其中，该成像系统的最终成像情况通过图像探测器D获得。将图像信息叠加到光源后，经空间光调制器A，两个完全相同的透镜(L1和L2)，空间频率滤波器B，两个λ4波片(E和F)，Ronchi相位光栅C，即得到调制有图像信息的偏振态径向变化的矢量光场。该光场经薄透镜L3聚焦后，即可获得两个像。

入射光束经空间光调制器以及发明中所述光学系统处理后，得到偏振态径向变化的矢量光束,该光束的偏振态分布如图1所示，其电场表达式为：E_x＝exp(i2πnr^l),E_y＝exp(-i2πnr^l)

E_x为偏振态径向变化的矢量光场的x方向上的电场强度分量，E_y为偏振态径向变化的矢量光场的y方向上的电场强度分量，n为矢量光束偏振态沿径向变化的快慢的表示参数，r为矢量光束的光场半径，i为复数分量，l为拓扑荷。

如图3所示，带有图像信息的偏振态径向变化的矢量光束透过透镜可以在两个焦点处看到两个像。改变调制器中光学参数的值，可以测出这两个像的几何中心的间距为,为关于拓扑荷l的正相关变化。

本发明理论基础为偏振态径向变化的矢量光束的电场强度表达式：

E_x＝exp(i2πnr^l)

E_y＝exp(-i2πnr^l)

通过透镜聚焦后，在后焦面可以形成两个焦点，两个焦点的间距为,总之，我们以偏振态径向变化的矢量光束的传播特性为基础，制作了能根据调控拓扑荷的值和初始偏振态分布，来改变双聚焦成像的像间距的系统，并能较准确调控。

Claims (4)

1.一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像系统，其特征在于，该系统通过将带有图像信息的入射光用空间光调制器调制成偏振态径向变化的矢量光场，实现双成像。所述偏振态径向变化的矢量光场在z＝0平面上的表达式为：E_x＝exp(i2πnr^l)，E_y＝exp(-i2πnr^l)；

其中，E_X为偏振态径向变化的矢量光场的x方向上的电场强度分量，E_y为偏振态径向变化的矢量光场的y方向上的电场强度分量，n为矢量光束偏振态沿径向变化的快慢的表示参数，r为矢量光束的光场半径，i为复数分量,l为拓扑荷。

2.一种基于矢量光场的径向偏振特性的双成像系统，其特征在于，包括偏振态径向变化的矢量光场发生器和透镜，偏振态径向变化的矢量光场发生器产生偏振态径向变化的矢量光场，将表示入射图像的入射光调制到矢量光场发生器中，经该发生器处理后获得带有图像信息的偏振态径向变化的矢量光场，然后通过透镜聚焦后，可在透镜的两个焦点处通过图像探测器分别获得图像。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的系统所成的两个像之间的的距离Δd满足其中，l为拓扑荷，f是透镜焦距，λ是矢量光场的波长，r₀是矢量光场的初始半径。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述图像探测器包括CCD阵列，通过CCD阵列来执行捕获所述调制光，并且检测所述空间调制光的在不同距离的强度值和偏振态，以及形成的调制光图像。