述二向色镜11的角度优选为45度，可以确保所述调控光140 的光斑形状经所述二向色镜11反射后照射在所述光学非线性偏振调控元件100上时与所 述二向色镜11反射前保持一致。
[0048] 进一步，所述偏振成像系统10还包括一第一光路调节装置13,用于调节所述偏 振入射光120的光路，并通过空间滤波提高入射光质量。所述第一光路调节装置13为可选 结构。具体地，所述第一光路调节装置13包括依次设置于所述偏振光源12发光面一侧的 一第一凸透镜132、一第一针孔134、一第二凸透镜136以及一第三凸透镜138。所述第一凸 透镜132用于对所述偏振光源12发出的偏振入射光120进行汇聚。所述第一针孔134用 于滤除偏振光源12发出的偏振入射光120的空间高频成分，提高激光光斑模式的质量。可 以理解，如果所述偏振入射光120为激光且光斑模式的高斯分布较好，则可以省略所述第 一针孔134。所述第二凸透镜136用于对所述第一针孔134的光束进行准直。所述第三凸 透镜138与第一显微物镜17用于将入射光120进行缩束，并平行照射于所述光学非线性偏 振调控元件100表面。
[0049] 进一步，所述偏振成像系统10还包括一第二光路调节装置15,用于调节所述调控 光140的光路，从而提高入射光质量。所述第二光路调节装置15为可选结构。具体地，所述 第二光路调节装置15包括一依次设置于所述调控光源14发光面一侧的第四凸透镜152、 一第二针孔154、一第五凸透镜156、一成像掩模157以及第六凸透镜158。所述第二针孔 154用于提高激光光斑模式的高斯分布。可以理解，如果所述调控光140光斑模式分布较 好，则可以省略所述第二针孔154。
[0050] 进一步，所述偏振成像系统10还包括分别设置于所述光学非线性偏振调控元件 100两侧的第一显微物镜17和第二显微物镜19。所述第一显微物镜17为一设置于所述二 向色镜11和所述光学非线性偏振调控元件100之间的IOX (N. A. =0. 25)显微物镜。所述 第二显微物镜19为一设置于所述消光滤波装置16和所述光学非线性偏振调控元件100之 间的IOX (N.A. =0.26)显微物镜。所述第一显微物镜17和所述第六凸透镜158配合，可 以将所述成像掩模157成像在所述光学非线性偏振调控元件100表面。所述第一显微物镜 17和所述第三凸透镜138可以将所述偏振入射光120的光束缩小并平行照射于所述光学非 线性偏振调控元件100的表面。所述第二显微物镜19用于收集和准直所述光学非线性偏 振调控元件100的透射光。
[0051] 进一步，所述偏振成像系统10还包括一设置于所述消光滤波装置16和成像装置 18之间的成像透镜182。所述成像透镜182用于使经过所述消光滤波装置16的第二偏振 调制出射光124可以汇聚成像于所述成像装置18上。所述成像透镜182为一凸透镜。
[0052] 本发明实施例采用上述偏振成像系统10进行成像实验，具体步骤如下。首先，打 开所述偏振光源12使其发射红光偏振入射光120,使该偏振入射光120从所述光学非线性 偏振调控元件100的折射率可调控薄膜103 -侧入射，并从绝缘透明基底101 -侧出射形 成第一偏振调制出射光122,并将该第一偏振调制出射光122照射在所述成像装置18上。 其次，调节所述消光滤波装置16,使所述第一偏振调制出射光122消光，所述成像装置18无 法接收到信号。最后，打开所述调控光源14发射绿光调控光140,并使该调控光140从所述 光学非线性偏振调控元件100的折射率可调控薄膜103 -侧入射，从而改变所述折射率可 调控薄膜103的折射率，使从绝缘透明基底101 -侧出射的第一偏振调制出射光122改变 为第二偏振调制出射光124。所述第二偏振调制出射光124照射在所述成像装置18上进 行成像。参见图11，所述成像掩模157具有一十字形开孔，因此，照射在所述折射率可调控 薄膜103上的调控光140的光斑形状也为十字形。参见图12,当打开所述所述调控光源14 后，所述成像装置18上的成像形状也为十字形。
[0053] 本发明提供的偏振成像系统10可以通过所述调控光源14来控制所述成像装置18 上的成像，方法简单。
[0054] 另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神 所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种光学非线性偏振调控元件，其特征在于，其包括： 一绝缘透明基底； 一设置于该绝缘透明基底的一表面的金属等离子激元层，所述等离子激元层包括多个 周期设置的具有手性的微结构；以及 一设置于该金属等离子激元层远离该绝缘透明基底的表面且将该金属等离子激元层 覆盖的折射率可调控薄膜，所述折射率可调控薄膜包括折射率在光照下可调控的材料。2. 如权利要求1所述的光学非线性偏振调控元件，其特征在于，所述折射率可调控薄 膜部分延伸至所述等离子激元层的开口中并与所述绝缘透明基底的表面接触。3.如权利要求1所述的光学非线性偏振调控元件，其特征在于，所述折射率在光照下 可调控的材料为半导体材料，非线性晶体材料，光折变材料，光致变色材料以及光致异构材 料中的一种或几种。4.如权利要求3所述的光学非线性偏振调控元件，其特征在于，所述折射率可调控薄 膜包括一聚甲基丙烯酸甲酯聚合物以及多个分散于该聚合物中的乙基红光致异构材料。5.如权利要求1所述的光学非线性偏振调控元件，其特征在于，所述金属为金、银、铜、 铁、错、镍等或其合金；所述微结构的厚度为30纳米~100纳米，周期为300纳米~1000纳 米，尺寸为100纳米~500纳米。6. 如权利要求5所述的光学非线性偏振调控元件，其特征在于，所述多个微结构间隔 设置形成一阵列；所述微结构包括一矩形本体以及一由该矩形本体延伸出来的矩形尖端 凸起；所述矩形本体与所述矩形尖端凸起为一整体结构；所述矩形尖端凸起靠近一角处设 置，且所述矩形尖端凸起的一长边与该矩形本体的一边平齐。7.如权利要求1所述的光学非线性偏振调控元件，其特征在于，所述绝缘透明基底的 材料为氧化硅、氮化硅、蓝宝石、陶瓷、玻璃、石英、金刚石以及聚合物中的一种或多种。8. -种调控入射光波偏振的方法，其包括：在某一时间内，米用一偏振入射光和一调 控光同时从所述折射率可调控薄膜一侧照射如权利要求1至7任意一项所述的光学非线性 偏振调控元件，其中，所述调控光为能够引起所述折射率可调控薄膜的折射率变化的光。9.如权利要求8所述的调控入射光波偏振的方法，其特征在于，所述方法具体包括：先 采用所述偏振入射光照射该光学非线性偏振调控元件，并从该绝缘透明基底一侧得到第一 偏振调制出射光；再采用所述调控光照射该光学非线性偏振调控元件，同时保持所述偏振 入射光继续照射，并从该绝缘透明基底一侧得到第二偏振调制出射光；所述第二偏振调制 出射光的光谱特性相对于所述第一偏振调制出射光的光谱特性发生波长移动。10. 如权利要求9所述的调控入射光波偏振的方法，其特征在于，所述绝缘透明基底为 二氧化硅层，所述等离子激元层为金微结构阵列，所述折射率可调控薄膜包括聚甲基丙烯 酸甲酯聚合物以及多个分散于该聚合物中的乙基红光致异构材料；所述偏振入射光为X偏 振光，所述第一偏振调制出射光和第二偏振调制出射光为椭圆偏振光，所述调控光为偏振 绿光；所述第二偏振调制出射光的椭偏角X与主轴方向旋转角Φ相对于所述第一偏振调 制出射光的椭偏角X与主轴方向旋转角Φ发生波长移动。
【专利摘要】本发明涉及一种光学非线性偏振调控元件，其中，其包括：一绝缘透明基底；一设置于该绝缘透明基底的一表面的金属等离子激元层，所述等离子激元层包括多个周期设置的具有手性的微结构；以及一设置于该金属等离子激元层远离该绝缘透明基底的表面且将该金属等离子激元层覆盖的折射率可调控薄膜，所述折射率可调控薄膜包括折射率在光照下可调控的材料。一种调控入射光波偏振的方法，其包括：在某一时间内，采用一偏振入射光和一调控光同时从所述折射率可调控薄膜一侧照射如上述任意一项所述的光学非线性偏振调控元件。采用本发明的光学非线性偏振调控元件可以实现对偏振光的全光式调控。该方法具有方法简单，响应速度快的优点。
【IPC分类】G02F1/01
【公开号】CN105319737
【申请号】CN201510801179
【发明人】任梦昕, 兀伟, 皮彪, 蔡卫, 张心正, 许京军
【申请人】南开大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月19日