偏振成像系统以及采用该偏振成像系统成像的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及偏振光学领域，尤其涉及一种光学非线性偏振调控元件，调控入射光 波偏振的方法以及其应用。
【背景技术】
[0002] 偏振光已被人们广泛使用，当前人们已经拥有多种方法与装置以实现对光波偏振 态的调控，例如采用电光调制器、液晶调制器、磁光调制器等。它们的原理是利用电场或磁 场使电光晶体、液晶分子、磁光晶体的双折射特性或旋光特性发生改变，进而使得透射光的 偏振态发生变化。
[0003] 然而以上方法中加载的调控电场或磁场信号均依赖于电子线路产生，其开关速度 受限于电路的响应速度。另外，如果类似的元件使用于现代光信息通信系统中，在信息代码 生成与调控阶段伴随着电信号-光信号之间的转换，造成时间浪费，限制了通讯系统中信 息的传输速率与带宽。而利用光学调控手段可以实现较快的响应速度。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种全光式的利用光学非线性效应的偏振调控元件的偏 振成像系统以及采用该偏振成像系统成像的方法。
[0005] -种偏振成像系统，其特征在于，其包括：一光学非线性偏振调控元件，该光学非 线性偏振调控元件包括：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；一偏振光源，所述偏 振光源用于发射偏振入射光，使该偏振入射光从所述光学非线性偏振调控元件的折射率可 调控薄膜一侧入射，并从绝缘透明基底一侧出射形成第一偏振调制出射光；一调控光源，所 述调控光源用于发射调控光，并使该调控光从所述光学非线性偏振调控元件的折射率可调 控薄膜一侧入射，从而改变所述折射率可调控薄膜的折射率，使从绝缘透明基底一侧出射 的第一偏振调制出射光改变为第二偏振调制出射光；一消光滤波装置，所述消光滤波装置 用于对上述第一偏振调制出射光进行消光以及过滤从绝缘透明基底一侧出射的调控光；以 及一成像装置，所述成像装置用于对接收到的光进行成像。
[0006] 如上述偏振成像系统，优选地，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；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。
[0007] 如上述偏振成像系统，优选地，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；所述金属为金、银、铜、铁、铝、 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。
[0008] 如上述偏振成像系统，优选地，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。
[0009] 如上述偏振成像系统，优选地，进一步包括二向色镜；所述偏振光源、光学非线性 偏振调控元件、消光滤波装置以及成像装置依次间隔设置在一条直线上；所述二向色镜设 置于所述偏振光源和所述光学非线性偏振调控元件之间，从而使所述偏振光源发射的偏振 入射光可以通过所述二向色镜、所述光学非线性偏振调控元件以及所述消光滤波装置后到 达所述成像装置；所述调控光源设置于所述二向色镜一侧，且其发射的调控光可以经所述 二向色镜反射后与所述偏振入射光重合。
[0010] 如上述偏振成像系统，优选地，所述二向色镜的角度为45度，从而确保所述调控 光的光斑形状经所述二向色镜反射后照射在所述光学非线性偏振调控元件上时与所述二 向色镜反射前保持一致。
[0011] 如上述偏振成像系统，优选地，进一步包括一设置于所述偏振光源和所述二向色 镜之间的第一光路调节装置以及一设置于所述调控光源和所述二向色镜之间的第二光路 调节装置；所述第一光路调节装置包括依次设置于所述偏振光源发光面一侧的一第一凸透 镜、一第一针孔、一第二凸透镜以及一第三凸透镜；所述第二光路调节装置包括一依次设置 于所述调控光源发光面一侧的第四凸透镜、一第二针孔、一第五凸透镜、一成像掩模以及第 六凸透镜。
[0012] 如上述偏振成像系统，优选地，进一步包括一设置于所述二向色镜和所述光学非 线性偏振调控元件之间第一显微物镜；一设置于所述消光滤波装置和所述光学非线性偏振 调控元件之间的第二显微物镜；以及一设置于所述消光滤波装置和成像装置之间的成像透 镜。
[0013] -种采用上述偏振成像系统成像的方法，其包括：打开所述偏振光源使其发射偏 振入射光，使该偏振入射光从所述光学非线性偏振调控元件的折射率可调控薄膜一侧入 射，并从绝缘透明基底一侧出射形成第一偏振调制出射光，并将该第一偏振调制出射光照 射在所述成像装置上；调节所述消光滤波装置，使所述第一偏振调制出射光消光，所述成 像装置无法接收到信号；以及打开所述调控光源发射调控光，并使该调控光从所述光学非 线性偏振调控元件的折射率可调控薄膜一侧入射，从而改变所述折射率可调控薄膜的折射 率，使从绝缘透明基底一侧出射的第一偏振调制出射光改变为第二偏振调制出射光，且所 述第二偏振调制出射光照射在所述成像装置上进行成像。
[0014] 如上述成像的方法，优选地，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偏振红光，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；所述第二偏振调制出射光在所述成像装置上成像的图案与 所述成像掩模的图案相同。
[0015] 与现有技术相比较，本发明提供的偏振成像系统可以实现对偏振光的全光式调控 成像。该成像方法，具有方法简单，相应速度快的优点。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例提供的光学非线性偏振调控元件的结构示意图。
[0017] 图2为本发明实施例提供的光学非线性偏振调控元件的等离子激元层的微结构 的结构示意图。
[0018] 图3为本发明实施例提供的光学非线性偏振调控元件的等离子激元层的微结构 阵列的扫描电镜照片。
[0019] 图4为本发明实施例提供的采用本发明的光学非线性偏振调控元件调控入射光 偏振的方法流程图。
[0020] 图5为本发明实施例中，采用调控光照射前，不同波长X偏振光透过本发明的光学 非线性偏振调控元件后转化为椭偏光的椭偏角X与极轴(偏振面）旋转角Φ。
[0021] 图6为本发明实施例中，本发明的光学非线性偏振调控元件的透射光椭偏角X与 极轴旋转角Φ在采用调控光照射前和照射后的对比。
[0022] 图7为本发明实施例中，采用调控光照射前和照射后，本发明的光学非线性偏振 调控元件的透射光的椭偏角X