本發(fā)明涉及矢量光場的成像領(lǐng)域，尤其涉及一種基于矢量光場的徑向偏振特性的雙成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在過去的幾年中，矢量光場特有的聚焦特性與新型的偏振結(jié)構(gòu)廣泛的引起了人們興趣。在一般情況下，通過設(shè)置空間光調(diào)制器的相位或強(qiáng)度(或兩者同時(shí)改變)的入射光束就只有一個(gè)焦點(diǎn)，但是雙焦點(diǎn)成像的研究和應(yīng)用卻寥寥無幾。雙焦點(diǎn)成像研究相對較晚，但是其應(yīng)用前景卻很可觀，通過研究影響其的光學(xué)參數(shù)，可以有更大突破。本發(fā)明利用偏振態(tài)徑向變化的矢量光束，調(diào)制出雙焦點(diǎn)成像，給出了影響雙焦點(diǎn)成像的相關(guān)參數(shù)，結(jié)果清晰，易于制作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于矢量光場的徑向偏振特性的雙成像方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于矢量光場的徑向偏振特性的雙成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過將帶有圖像信息的入射光用空間光調(diào)制器調(diào)制成偏振態(tài)徑向變化的矢量光場，實(shí)現(xiàn)雙成像。所述偏振態(tài)徑向變化的矢量光場在z＝0平面上的表達(dá)式為：ex＝exp(i2πnr^l)，ey＝exp(-i2πnr^l)；

其中，ex為偏振態(tài)徑向變化的矢量光場的x方向上的電場強(qiáng)度分量，ey為偏振態(tài)徑向變化的矢量光場的y方向上的電場強(qiáng)度分量，n為矢量光束偏振態(tài)沿徑向變化的快慢的表示參數(shù)，r為矢量光束的光場半徑，i為復(fù)數(shù)分量,l為拓?fù)浜伞?/p>

一種基于矢量光場的徑向偏振特性的雙成像系統(tǒng)，包括偏振態(tài)徑向變化的矢量光場發(fā)生器和透鏡，偏振態(tài)徑向變化的矢量光場發(fā)生器產(chǎn)生偏振態(tài)徑向變化的矢量光場，將表示入射圖像的入射光調(diào)制到矢量光場發(fā)生器中，經(jīng)該發(fā)生器處理后獲得帶有圖像信息的偏振態(tài)徑向變化的矢量光場，然后通過透鏡聚焦后，可在透鏡的兩個(gè)焦點(diǎn)處通過圖像探測器分別獲得圖像。

進(jìn)一步地，所述的系統(tǒng)所成的兩個(gè)像之間的距離δd滿足其中，l為拓?fù)浜?，f是透鏡焦距，λ是矢量光場的波長，r0是矢量光場的初始半徑。

進(jìn)一步地，所述圖像探測器包括ccd陣列和偏振分析儀，通過ccd陣列來執(zhí)行捕獲所述調(diào)制光，并且檢測所述空間調(diào)制光的在不同距離處的強(qiáng)度值和偏振態(tài)，以及形成的調(diào)制光圖像。

本發(fā)明的有益效果在于：雙成像現(xiàn)象是矢量光束傳播特性應(yīng)用的一大創(chuàng)新，一束光束可以在不同的焦點(diǎn)處得到兩個(gè)清晰的像，且能得到影響兩個(gè)像間距的光學(xué)參數(shù)。

附圖說明

圖1為偏振態(tài)徑向變化的矢量光束的偏振態(tài)分布情況示意圖；

圖2為雙成像系統(tǒng)的裝置示意圖。

圖3為雙成像系統(tǒng)的雙焦點(diǎn)成像模擬示意圖。

圖4為系統(tǒng)示意圖；

圖中，空間光調(diào)制器a，透鏡l1、l2，空間頻率濾波器b，λ/4波片e、f，ronchi相位光柵c，薄透鏡l3，圖像探測器d。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，一種基于偏振態(tài)徑向變化的矢量光場的雙像間距可控的雙成像系統(tǒng)，包括：偏振態(tài)徑向變化的矢量光場發(fā)生器(光源、空間光調(diào)制器a，兩個(gè)完全相同的透鏡(l1和l2)，空間頻率濾波器b，兩個(gè)λ/4波片(e和f)，ronchi相位光柵c)，薄透鏡l3；其中，該成像系統(tǒng)的最終成像情況通過圖像探測器d獲得。將圖像信息疊加到光源后，經(jīng)空間光調(diào)制器a，兩個(gè)完全相同的透鏡(l1和l2)，空間頻率濾波器b，兩個(gè)λ4波片(e和f)，ronchi相位光柵c，即得到調(diào)制有圖像信息的偏振態(tài)徑向變化的矢量光場。該光場經(jīng)薄透鏡l3聚焦后，即可獲得兩個(gè)像。

入射光束經(jīng)空間光調(diào)制器以及發(fā)明中所述光學(xué)系統(tǒng)處理后，得到偏振態(tài)徑向變化的矢量光束,該光束的偏振態(tài)分布如圖1所示，其電場表達(dá)式為：ex＝exp(i2πnr^l),ey＝exp(-i2πnr^l)

ex為偏振態(tài)徑向變化的矢量光場的x方向上的電場強(qiáng)度分量，ey為偏振態(tài)徑向變化的矢量光場的y方向上的電場強(qiáng)度分量，n為矢量光束偏振態(tài)沿徑向變化的快慢的表示參數(shù)，r為矢量光束的光場半徑，i為復(fù)數(shù)分量，l為拓?fù)浜伞?/p>

如圖3所示，帶有圖像信息的偏振態(tài)徑向變化的矢量光束透過透鏡可以在兩個(gè)焦點(diǎn)處看到兩個(gè)像。改變調(diào)制器中光學(xué)參數(shù)的值，可以測出這兩個(gè)像的幾何中心的間距為,為關(guān)于拓?fù)浜蒷的正相關(guān)變化。

本發(fā)明理論基礎(chǔ)為偏振態(tài)徑向變化的矢量光束的電場強(qiáng)度表達(dá)式：

ex＝exp(i2πnr^l)

ey＝exp(-i2πnr^l)

通過透鏡聚焦后，在后焦面可以形成兩個(gè)焦點(diǎn)，兩個(gè)焦點(diǎn)的間距為,總之，我們以偏振態(tài)徑向變化的矢量光束的傳播特性為基礎(chǔ)，制作了能根據(jù)調(diào)控拓?fù)浜傻闹岛统跏计駪B(tài)分布，來改變雙聚焦成像的像間距的系統(tǒng)，并能較準(zhǔn)確調(diào)控。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明利用偏振態(tài)徑向變化的矢量光束可以產(chǎn)生兩個(gè)焦點(diǎn)，且兩個(gè)焦點(diǎn)間的間隔距離可由光學(xué)參數(shù)控制的這一特性，搭建了一套雙像間距可調(diào)控的雙成像系統(tǒng)。該發(fā)明的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括矢量光源，透鏡,圖像檢測器。空間光調(diào)制器可調(diào)制帶有圖像信息的入射光，并配合后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)對所述入射光進(jìn)行調(diào)制，得到偏振態(tài)徑向變化的矢量光束：該光束透過透鏡，再用圖像捕獲裝置操作接收所述的空間調(diào)制光，并且檢測空間調(diào)制光透過透鏡后的不同部分的強(qiáng)度值，從而在其中形成調(diào)制光的圖像。雙聚焦成像是光學(xué)成像的一大重大突破，本發(fā)明從矢量光場的傳播特性得到這一成果，并得到影響該雙聚焦成像焦點(diǎn)間距的光學(xué)參數(shù)。應(yīng)用前景可觀。

技術(shù)研發(fā)人員：陳瑞品;張曉雨;高騰躍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.14
技術(shù)公布日：2017.10.13