基于偏振全息光栅的光束偏振变换和衍射波片研究

利用偏振敏感材料的光致各向异性，基于偏振全息光栅的特性研究，实现光束偏振态之间的任意变换，制备衍射效率大于95%的衍射波片。主要内容包括：1）利用光致双折射和光学非线性测量，研究偏振敏感材料的光致各向异性机理，并利用偶氮液晶的光控取向制备微流控光栅开关。2）分别采用相互正交的线偏光和圆偏光记录偏振全息，探测两类偏振全息图的衍射效率和偏振变换方式；研究记录介质包含圆双折射和/或表面光栅时偏振光栅的衍射行为；优化实验条件实现s偏振与p偏振、左右旋圆偏振及圆偏振与线偏振之间的相互转换；同时研究二维偏振全息的衍射特性。3）利用正交圆偏光相干叠加和光控液晶取向，在液晶材料中形成摆线型光轴取向，制备衍射波片；选择参数满足半波条件，获得衍射效率接近100%、厚度仅几微米的衍射波片；并利用衍射波片组合实现衍射消除和衍射角加倍的光传播控制。预期结果将对研究光传播中的偏振变换，制备多功能全光器件提供数据参考。

本项目利用偏振敏感材料的光致各向异性，开展偏振全息和非线性光学特性研究。主要内容包括：1）基于光致双折射和光致二向色性测量，利用含偶氮偶氮苯离子型复合物开展了光致各向异性机理和偏振全息光栅特性研究。实验测得大的光致双折射和显著的二向色性，观察到光致双折射和偏振全息衍射显著的反向驰豫现象。2）基于Z扫描和光克尔效应方法，开展了偶氮液晶聚合物的非线性光学特性研究。在800nm飞秒激光激发下偶氮液晶表现出巨大的非线性系数、优良的单光子和双光子品质因数，光学非线性响应时间约为300fs，这些数据表明偶氮液晶有望在全光开关和非线性光子器件方面获得应用。3）基于非线性光学参数测量，利用手性聚合物开展了光限幅特性研究。在800nm飞秒激光作用下，观测到手性材料中的反饱和吸收，并将其机制归结为由双光子吸收诱导的激发态吸收。激发态和基态吸收截面比值达251，手性样品表现出显著的光限幅特性。4）利用偶氮聚合物薄膜，实现了同时含光致线性和圆双折射的偏振全息光栅记录。实验发现记录光栅的衍射效率依赖于探测光的偏振方向，理论分析表明这种偏振依赖特性是由于光致线性双折射和圆双折射空间调制共同作用的结果。5）展了基于二次曝光偏振全息光栅的偏振控制图像研究。利用偏振敏感光致各向异性介质，通过正交左旋圆偏光和右旋圆偏光相干叠加的两次曝光，在偶氮液晶聚合物的同一区域存储了两幅不同的图像。实验结果表明记录的偏振全息光栅具有明显的偏振选择性、较高的衍射效率和良好的稳定性。通过调节再现光波的偏振态，存储的图像可单独或同时被重现出来，衍射图像的亮度和偏振依赖于读光的偏振状态。项目研究结果有望应用于多功能衍射光学器件的制备和偏振测量等领域。