线偏光全息

研究背景

       传统全息利用感光材料记录两束相干光束的明暗干涉条纹，形成全息图，再现时，可以正确重建出原信号光的振幅和相位信息。如果在传统全息术中再记入光波的偏振特性，即偏光全息，就可以为光信息的调控提供更丰富的自由度。然而，在偏光全息的重建中，信号光的振幅、相位虽可以被正确地重建，但偏振信息的重建却表现出更丰富的变化。这种变化不仅与记录和重建阶段各类光束的偏振态、干涉角度，以及感光材料的偏振响应、衍射效率等属性相关，而且重建光的偏振态还表现出了忠实或者正交于原偏振态以及零再现的重建现象。

       偏光全息研究尚处在一个新兴的阶段，主要研究了全息记录和重建过程中各种偏振态对重建光及其衍射效率和偏振态的影响情况。近年，随着偏光全息张量理论的提出而得到了广泛的关注。该理论通过引入介电张量的理论模型，使得偏光全息可以适用于任意的干涉角度，以及任意的偏振态，这为重建光偏振态的计算提供了一种较为简便的、适用性宽广的理论支持。随着偏光全息理论研究的不断深入，偏光全息开始进入了各个应用领域，在全息数据存储、光与物质相互作用、微纳结构加工和制造、特种光学器件等领域拥有广阔发展前景。

       福建师范大学谭小地教授团队是国际上最早开展偏光全息研究的团队之一，在偏光全息领域取得了丰硕的成果，依据偏振光波的矢量特性，总结出了偏光全息的忠实再现（FRE）、正交再现（ORE）和零再现（NRE）的概念、形成条件以及发生的内在机理。该综述以“Linear polarization holography”为题发表在Opto-Electronic Science 2022年第2期，将近年国内外研究团队的成果作为基本素材，对偏光全息的一个基本组成部分（线偏振全息）的发展进行了回顾和总结。

       在线偏振的偏光全息中，重点研究了重建光偏振态和衍射效率的变化规律，给出了包括FRE、ORE和NRE三种重建现象的定义。文章还对重建光的偏振特性是否受曝光能量的影响，分别进行讨论。在与曝光能量无关的重建特性中，重建光的偏振特性与曝光能量呈线性变化，这是通过约束全息记录和重建过程中的偏振态而实现的，结合这些重建特性，可以实现多通道偏振复用技术或矢量光束生成等应用。通过实验结果验证了偏光全息可以提高信息存储容量，或产生具有相位涡旋的矢量光束。而更一般的情况是重建光的偏振特性会受到曝光能量的影响，且呈现非线性变化。这些特性可为分析微纳结构的全息光栅及其偏振和衍射效率特性提供参考。此外，还有望通过多次曝光制备折射率分布各向异性的超材料，实现对光的振幅、相位、偏振和传播方向的调制，从而实现光学超表面、光子晶体、全光逻辑门、偏振传感器等，使得具有客户设计功能的平面光学元件成为可能。