数字全息干涉偏振相移实验经验总结

一、前言

目前实现相移的方法主要有偏振相移法、光栅相移法、压电陶瓷驱动法等。

本文主要总结常见偏振相移结构，以及实现偏振相移的一些注意事项。

二、偏振相移原理

2.1 偏振相移光路结构一

偏振相移主要是通过偏振片和波片的组合改变物光以及参考光的偏振状态以实现相移，是目前相移干涉实际应用中较多使用的一种相移方法。其核心原理是利用四分之一波片对偏振光束进行变换后，振动方向垂直于主平面的o光和振动方向在主平面内的e光将产生相位差，该相位差与四分之一波片入射偏振光的偏振态有关，因此通过偏振片，调节四分之一波片入射光的偏振态，可以调节o光和e光的相位差，将o光和e光分别设定为物光波和参考光波，进行合束后，通过另一个偏振片使物光和参考光的偏振方向相同，满足干涉条件，从而实现全息测量。同时，通过对后一偏振片偏振方向的调节，可以控制物光和参考光的光强比值。

偏振相移基本原理示意图[1]

2.2 偏振相移光路结构二

此外，偏振相移光路还可以按照以下设置来实现：通过手动调节偏振片对参考光波增加0、π/2、π、3π/2 的相移量。

激光器发出的光线经过扩束准直系统，入射至偏振分光棱镜后，被分为偏振方向相互垂直的两路光，其中透射光波为偏振方向水平的物光，反射光波为偏振方向垂直的参考光，然后分别经反射镜转向后在分光棱镜后叠加，入射至1/4波片，出射光被调制为左右旋圆偏振光，再入射到偏振片后形成干涉全息图由CCD相机采集。调节偏振片角度，获取相位延迟量不同的全息图。

偏振相移光路结构[2]

2.3 偏振相移光路结构三

入射光的垂直偏振分量将被空间光调制器(SLM)调制，而水平偏振分量不被影响。两束正交偏振光经过一个±45°放置的1/4波片后均都变成为圆偏振光，接着通过检偏器P2后产生干涉。当P2旋转一个角度a，干涉图将产生2a相移,这样我们能够记录到四帧相移为0，π/2，π和3π/2的干涉图。此时，使用与四步相移算法即可重构波前相位。

共光路偏振相移干涉光路[3]

三、经验总结

1. 偏振四步相移与驱动PZT四步相移算法是一样的。

2. 为了能够实现偏振四步相移，能获取四幅相移图像，需要将旋转偏振片(检偏器)进行转动，如实现四步相移，那么该偏振片转动刻度可分别为0°，45°，90°，135°。

旋转偏振片安装示意图

3. 在下述偏振相移结构中，偏振片P1(起偏器)与1/4波片的刻度是有要求的，如果获得的四幅干涉图，通过四步相移算法，不能正确获取待测相位，不要怀疑是相移算法出了问题，问题可能在于1/4波片与偏振片P1刻度没有满足要求。(一般而言，两者的刻度差值在90°。)
   

参考文献

[1] 位文广. 相移干涉数字全息技术研究 [D]; 河南大学, 2019.
[2] Erna M. Frins, Wolfgang Dultz, José A. Ferrari. Polarization-shifting method for step interferometry [J]. Pure and Applied Optics: Journal of the European Optical Society Part A, 1998, 7(1): 53-60.
[3] 白福忠. 基于自参考干涉波前传感器与液晶空间光调制器的自适应光学系统 [D]; 中国科学院大学, 2010.

---

⭐️◎⭐️◎⭐️◎⭐️ · · · **博 主 简 介** · · · ⭐️◎⭐️◎⭐️◎⭐️ ♪

▁▂▃▅▆▇ 博士研究生生 ，研究方向主要涉及定量相位成像领域，具体包括干涉相位成像技术(如**全息干涉☑**、散斑干涉☑等)、非干涉法相位成像技术(如波前传感技术☑，相位恢复技术☑)、此外，还对各种相位解包裹算法☑，相干噪声去除算法☑等开展过深入的研究。