偏振成像系統(tǒng)以及采用該偏振成像系統(tǒng)成像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及偏振光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，調(diào)控入射光 波偏振的方法以及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 偏振光已被人們廣泛使用，當(dāng)前人們已經(jīng)擁有多種方法與裝置以實(shí)現(xiàn)對(duì)光波偏振 態(tài)的調(diào)控，例如采用電光調(diào)制器、液晶調(diào)制器、磁光調(diào)制器等。它們的原理是利用電場(chǎng)或磁 場(chǎng)使電光晶體、液晶分子、磁光晶體的雙折射特性或旋光特性發(fā)生改變，進(jìn)而使得透射光的 偏振態(tài)發(fā)生變化。
[0003] 然而以上方法中加載的調(diào)控電場(chǎng)或磁場(chǎng)信號(hào)均依賴于電子線路產(chǎn)生，其開(kāi)關(guān)速度 受限于電路的響應(yīng)速度。另外，如果類似的元件使用于現(xiàn)代光信息通信系統(tǒng)中，在信息代碼 生成與調(diào)控階段伴隨著電信號(hào)-光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，造成時(shí)間浪費(fèi)，限制了通訊系統(tǒng)中信 息的傳輸速率與帶寬。而利用光學(xué)調(diào)控手段可以實(shí)現(xiàn)較快的響應(yīng)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種全光式的利用光學(xué)非線性效應(yīng)的偏振調(diào)控元件的偏 振成像系統(tǒng)以及采用該偏振成像系統(tǒng)成像的方法。
[0005] -種偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，其包括：一光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件，該光學(xué)非 線性偏振調(diào)控元件包括：一絕緣透明基底；一設(shè)置于該絕緣透明基底的一表面的金屬等離 子激元層，所述等離子激元層包括多個(gè)周期設(shè)置的具有手性的微結(jié)構(gòu)；以及一設(shè)置于該金 屬等離子激元層遠(yuǎn)離該絕緣透明基底的表面且將該金屬等離子激元層覆蓋的折射率可調(diào) 控薄膜；所述折射率可調(diào)控薄膜包括折射率在光照下可調(diào)控的材料；一偏振光源，所述偏 振光源用于發(fā)射偏振入射光，使該偏振入射光從所述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的折射率可 調(diào)控薄膜一側(cè)入射，并從絕緣透明基底一側(cè)出射形成第一偏振調(diào)制出射光；一調(diào)控光源，所 述調(diào)控光源用于發(fā)射調(diào)控光，并使該調(diào)控光從所述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的折射率可調(diào) 控薄膜一側(cè)入射，從而改變所述折射率可調(diào)控薄膜的折射率，使從絕緣透明基底一側(cè)出射 的第一偏振調(diào)制出射光改變?yōu)榈诙裾{(diào)制出射光；一消光濾波裝置，所述消光濾波裝置 用于對(duì)上述第一偏振調(diào)制出射光進(jìn)行消光以及過(guò)濾從絕緣透明基底一側(cè)出射的調(diào)控光；以 及一成像裝置，所述成像裝置用于對(duì)接收到的光進(jìn)行成像。
[0006] 如上述偏振成像系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述折射率可調(diào)控薄膜部分延伸至所述等離子激 元層的開(kāi)口中并與所述絕緣透明基底的表面接觸；所述折射率在光照下可調(diào)控的材料為 半導(dǎo)體材料，非線性晶體材料，光折變材料，光致變色材料以及光致異構(gòu)材料中的一種或幾 種。
[0007] 如上述偏振成像系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述折射率可調(diào)控薄膜包括一聚甲基丙烯酸甲酯 聚合物以及多個(gè)分散于該聚合物中的乙基紅光致異構(gòu)材料；所述金屬為金、銀、銅、鐵、鋁、 鎳等或其合金；所述微結(jié)構(gòu)的厚度為30納米~100納米，周期為300納米~1000納米，尺寸 為100納米~500納米。
[0008] 如上述偏振成像系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述多個(gè)微結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置形成一陣列；所述微結(jié)構(gòu) 包括一矩形本體以及一由該矩形本體延伸出來(lái)的矩形尖端凸起；所述矩形本體與所述矩形 尖端凸起為一整體結(jié)構(gòu)；所述矩形尖端凸起靠近一角處設(shè)置，且所述矩形尖端凸起的一長(zhǎng) 邊與該矩形本體的一邊平齊。
[0009] 如上述偏振成像系統(tǒng)，優(yōu)選地，進(jìn)一步包括二向色鏡；所述偏振光源、光學(xué)非線性 偏振調(diào)控元件、消光濾波裝置以及成像裝置依次間隔設(shè)置在一條直線上；所述二向色鏡設(shè) 置于所述偏振光源和所述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件之間，從而使所述偏振光源發(fā)射的偏振 入射光可以通過(guò)所述二向色鏡、所述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件以及所述消光濾波裝置后到 達(dá)所述成像裝置；所述調(diào)控光源設(shè)置于所述二向色鏡一側(cè)，且其發(fā)射的調(diào)控光可以經(jīng)所述 二向色鏡反射后與所述偏振入射光重合。
[0010] 如上述偏振成像系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述二向色鏡的角度為45度，從而確保所述調(diào)控 光的光斑形狀經(jīng)所述二向色鏡反射后照射在所述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件上時(shí)與所述二 向色鏡反射前保持一致。
[0011] 如上述偏振成像系統(tǒng)，優(yōu)選地，進(jìn)一步包括一設(shè)置于所述偏振光源和所述二向色 鏡之間的第一光路調(diào)節(jié)裝置以及一設(shè)置于所述調(diào)控光源和所述二向色鏡之間的第二光路 調(diào)節(jié)裝置；所述第一光路調(diào)節(jié)裝置包括依次設(shè)置于所述偏振光源發(fā)光面一側(cè)的一第一凸透 鏡、一第一針孔、一第二凸透鏡以及一第三凸透鏡；所述第二光路調(diào)節(jié)裝置包括一依次設(shè)置 于所述調(diào)控光源發(fā)光面一側(cè)的第四凸透鏡、一第二針孔、一第五凸透鏡、一成像掩模以及第 六凸透鏡。
[0012] 如上述偏振成像系統(tǒng)，優(yōu)選地，進(jìn)一步包括一設(shè)置于所述二向色鏡和所述光學(xué)非 線性偏振調(diào)控元件之間第一顯微物鏡；一設(shè)置于所述消光濾波裝置和所述光學(xué)非線性偏振 調(diào)控元件之間的第二顯微物鏡；以及一設(shè)置于所述消光濾波裝置和成像裝置之間的成像透 鏡。
[0013] -種采用上述偏振成像系統(tǒng)成像的方法，其包括：打開(kāi)所述偏振光源使其發(fā)射偏 振入射光，使該偏振入射光從所述光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的折射率可調(diào)控薄膜一側(cè)入 射，并從絕緣透明基底一側(cè)出射形成第一偏振調(diào)制出射光，并將該第一偏振調(diào)制出射光照 射在所述成像裝置上；調(diào)節(jié)所述消光濾波裝置，使所述第一偏振調(diào)制出射光消光，所述成 像裝置無(wú)法接收到信號(hào)；以及打開(kāi)所述調(diào)控光源發(fā)射調(diào)控光，并使該調(diào)控光從所述光學(xué)非 線性偏振調(diào)控元件的折射率可調(diào)控薄膜一側(cè)入射，從而改變所述折射率可調(diào)控薄膜的折射 率，使從絕緣透明基底一側(cè)出射的第一偏振調(diào)制出射光改變?yōu)榈诙裾{(diào)制出射光，且所 述第二偏振調(diào)制出射光照射在所述成像裝置上進(jìn)行成像。
[0014] 如上述成像的方法，優(yōu)選地，所述絕緣透明基底為二氧化硅層，所述等離子激元層 為金微結(jié)構(gòu)陣列，所述折射率可調(diào)控薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯聚合物以及多個(gè)分散于該 聚合物中的乙基紅光致異構(gòu)材料；所述偏振入射光為X偏振紅光，所述第一偏振調(diào)制出射 光和第二偏振調(diào)制出射光為橢圓偏振光，所述調(diào)控光為偏振綠光；所述第二偏振調(diào)制出射 光的橢偏角X與主軸方向旋轉(zhuǎn)角Φ相對(duì)于所述第一偏振調(diào)制出射光的橢偏角X與主軸 方向旋轉(zhuǎn)角Φ發(fā)生波長(zhǎng)移動(dòng)；所述第二偏振調(diào)制出射光在所述成像裝置上成像的圖案與 所述成像掩模的圖案相同。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的偏振成像系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振光的全光式調(diào)控 成像。該成像方法，具有方法簡(jiǎn)單，相應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的等離子激元層的微結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的等離子激元層的微結(jié)構(gòu) 陣列的掃描電鏡照片。
[0019] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用本發(fā)明的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件調(diào)控入射光 偏振的方法流程圖。
[0020] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中，采用調(diào)控光照射前，不同波長(zhǎng)X偏振光透過(guò)本發(fā)明的光學(xué) 非線性偏振調(diào)控元件后轉(zhuǎn)化為橢偏光的橢偏角X與極軸(偏振面）旋轉(zhuǎn)角Φ。
[0021] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)非線性偏振調(diào)控元件的透射光橢偏角X與 極軸旋轉(zhuǎn)角Φ在采用調(diào)控光照射前和照射后的對(duì)比。
[0022] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中，采用調(diào)控光照射前和照射后，本發(fā)明的光學(xué)非線性偏振 調(diào)控元件的透射光的橢偏角X