基于像素的波片陣列及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于像素的波片陣列，所述波片陣列由縱橫排列的多個(gè)波片單元(11)構(gòu)成，每相鄰的2×2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組(12)，所述單元組(12)內(nèi)的四個(gè)波片單元(11)的厚度不同，使得光經(jīng)過(guò)不同的波片時(shí)，光矢量沿慢軸方向分量相對(duì)于快軸方向分量的相位延遲量不相等，相位延遲量分別為0，π／2，π，3π／2。所述波片陣列(1)、偏振片(2)與圖像傳感器(3)可依次疊置構(gòu)成光學(xué)元件。本發(fā)明還公開(kāi)了制備該波片陣列的多種制備方法及應(yīng)用該波片陣列的方法。本發(fā)明采集一幀圖像即可獲得物光的光強(qiáng)、相位分布和光的四個(gè)斯托克斯參量。
【專利說(shuō)明】基于像素的波片陣列及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來(lái)講，本發(fā)明涉及基于像素尺寸的波片陣列、該波片陣列的制備方法及其相關(guān)應(yīng)用方法和設(shè)備。本發(fā)明的波片陣列的每一個(gè)陣列單元的尺寸與所搭配使用的圖像傳感器(CCD或CMOS)像素尺寸相一致，可用于實(shí)時(shí)提取和分析具有任意偏振狀態(tài)的入射光的光強(qiáng)和偏振的圖像信息，也即獲得入射光的斯托克斯參量；另外，本發(fā)明還可應(yīng)用于數(shù)字全息技術(shù)中，可實(shí)時(shí)解算出物光的光強(qiáng)和相位分布，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)物體相位測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]1852年，斯托克斯(stokes)提出用四個(gè)參量來(lái)描述光波的強(qiáng)度和偏振態(tài)。它可以描述光的所有偏振態(tài)，四個(gè)參量都是光強(qiáng)的時(shí)間平均值，組成一個(gè)數(shù)學(xué)矢量。傳統(tǒng)的獲得入射光的斯托克斯矢量的方法，需要經(jīng)過(guò)多次曝光，每次曝光時(shí)需要改變偏振片的偏振方向或者改變相位延遲，操作較為復(fù)雜，且只能應(yīng)用于被測(cè)量光的光強(qiáng)和相位不變的情況下，對(duì)于變化的光強(qiáng)和相位則不能測(cè)量。
[0003]傳統(tǒng)照相技術(shù)只能記錄物體的光強(qiáng)信息，而不能記錄相位信息。為了記錄物光波的相位信息，采用全息相移技術(shù)，引入?yún)⒖脊?，通過(guò)對(duì)參考光進(jìn)行多次相移，分別記錄多幀干涉圖的光強(qiáng)信息，從而解算出記錄平面物光波的光強(qiáng)和相位信息。傳統(tǒng)的應(yīng)用相移法獲得物光波的光強(qiáng)和相位的全息干涉方法，需要在參考光路中加入壓電陶瓷，通過(guò)壓電陶瓷來(lái)調(diào)節(jié)參考光的光程，也即改變了記錄平面參考光的相位，獲得物光與參考光不同的相位差。通過(guò)對(duì)物光和參考光不同相位差時(shí)采集圖像，記錄多幀干涉圖像才能解算出物光的光強(qiáng)和相位信息，因此只能測(cè)量靜態(tài)物體的光強(qiáng)和相位信息，而不能測(cè)量動(dòng)態(tài)物體的光強(qiáng)和相位信息。
[0004]近幾年出現(xiàn)的微偏振片陣列是一種用于測(cè)量光經(jīng)過(guò)不同透過(guò)方向的像素尺寸的偏振片單元后各個(gè)偏振方向的光強(qiáng)的器件，通常與圖像傳感器(例如數(shù)碼相機(jī))搭配使用從而獲得包含由該微偏振片陣列測(cè)得的各偏振分量的圖像，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)相移分析(見(jiàn)下方參考文獻(xiàn)I)。偏振片陣列制備方法主要有基于聚乙烯醇薄膜刻蝕(見(jiàn)下方參考文獻(xiàn)
2)、基于光控取向的液晶材料(見(jiàn)下方參考文獻(xiàn)3)以及基于金屬納米光柵(見(jiàn)下方參考文獻(xiàn)4、5)幾種。微偏振片陣列解決了實(shí)時(shí)相移數(shù)字全息和實(shí)時(shí)獲得圖像四個(gè)斯托克斯矢量的問(wèn)題，但微偏振片陣列制作工藝較為復(fù)雜，因此成本也很高。
[0005]參考文獻(xiàn)1:T.Tahara, K.1to, et al.(2010)." Parallel phase-shiftingdigital holographic microscopy." Biomedical Optics Expressl(2):610-616 ；
[0006]參考文獻(xiàn)2:V.Gruev，A.0rtu, et al.(2007)." Fabrication of adual-tierthin film micropolarization array." Optics Expressl5(8):4994-5007 ；
[0007]參考文獻(xiàn)3:Z.Xiaojin, F.Boussaid, et al.(2011)." High-resolutionthin " guest-host " micropolarizer arrays for visible imagingpolarimetry." Optics Expressl9(6):5565-55735573 ；[0008]參考文獻(xiàn)4:V.Gruev, (2011)." Fabrication of a dual-layer aluminumnanowires polarization filter array." Optics Expressl9(24):24361-24369;
[0009]參考文獻(xiàn)5:發(fā)明名稱為“基于金屬納米光柵的微偏振片陣列及其制備方法”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)， 申請(qǐng)人:為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，申請(qǐng)?zhí)枮?01310030339.1，發(fā)明人為張青川、張志剛、趙腸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于像素的波片陣列及其制備方法，以實(shí)時(shí)提取和分析任意入射光的斯托克斯參量，并應(yīng)用于實(shí)時(shí)相移數(shù)字全息技術(shù)來(lái)獲得動(dòng)態(tài)物體的光強(qiáng)分布和相位信息。
[0012](二)技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明的一個(gè)方面提出一種基于像素的波片陣列，由縱橫排列的多個(gè)波片單元構(gòu)成，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，所述單元組內(nèi)的四個(gè)波片單元的厚度不同，使得光經(jīng)過(guò)不同的波片時(shí)，光矢量沿慢軸方向分量相對(duì)于快軸方向分量的相位延遲量不相等，相位延遲量分別為O, π / 2, Ji ,3 /2。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)方面提出一種光學(xué)元件，包括波片陣列、偏振片和圖像傳感器。所述波片陣列為權(quán)利要求1所述的基于像素的波片陣列。所述波片陣列、偏振片與圖像傳感器可依次疊置。所述偏振片的透偏振方向與所述波片陣列的快軸方向的夾角優(yōu)選為H /8。
[0015]本發(fā)明還提出一種基于像素的波片陣列的制作方法，包括如下步驟:步驟Al:在基底上粘貼一片真零級(jí)波片，該波片的慢軸相對(duì)于快軸的相位延遲量為3 π / 2;步驟八2:對(duì)所述波片進(jìn)行刻蝕，使之具有多個(gè)單元，且每相鄰的2X2個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的第一個(gè)單元的刻蝕深度為剛好刻蝕透波片；步驟A3:在每個(gè)單元組中刻蝕第二個(gè)單元，該第二個(gè)單元的刻蝕深度為波片厚度的2 / 3;步驟Α4:在每個(gè)單元組中刻蝕第三個(gè)單元，該第三個(gè)單元的刻蝕深度為波片厚度的I / 3。
[0016]本發(fā)明還提出一種基于像素的波片陣列的制作方法，包括如下步驟:步驟B1、在基底上粘合第一片真零級(jí)四分之一波片，將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的慢軸方向相對(duì)于快軸方向的相位延遲量分別為0、0、0、π / 2;步驟Β2、在第一片真零級(jí)四分之一波片上粘合第二片真零級(jí)四分之一波片，第二片波片快軸與第一片波片快軸重合，然后對(duì)該四分之一波片進(jìn)行刻蝕，同樣將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的慢軸方向相對(duì)于快軸方向的相位延遲量分別為0、0、π /2、π / 2;步驟Β3、在第二片四分之一波片上粘合第三片真零級(jí)四分之一波片，第三片波片快軸與第二片波片快軸重合，然后對(duì)該四分之一波片進(jìn)行刻蝕，同樣將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的慢軸方向相對(duì)于快軸方向相位延遲量分別為O、π /2、τι /2、 τι 丨 I。
[0017]本發(fā)明還提出一種基于像素的波片陣列的制作方法，包括如下步驟:步驟Cl、在基底上粘合第一片真零級(jí)四分之一波片，其快軸與X軸重合，并對(duì)第一片四分之一波片進(jìn)行刻蝕橫向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的第一塊四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2 X 2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的I軸方向相對(duì)于X軸方向相位延遲量分別為0、0、π / 2、π / 2;步驟C2、在第一片波片上粘合第二片真零級(jí)四分之一波片，第二片波片的快軸與第一片波片的快軸垂直，并對(duì)第二片四分之一波片進(jìn)行刻蝕縱向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的第二塊四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的y軸方向相對(duì)于X軸方向相位延遲量分別為O、- 31 / 2、0、-31 / 2。
[0018]本發(fā)明還提出一種基于像素的波片陣列的制作方法，包括如下步驟:步驟Dl:在基底上粘合一片真零級(jí)二分之一波片，其快軸方向與X軸重合，對(duì)該二分之一波片進(jìn)行刻蝕橫向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的二分之一波片包括多個(gè)波片單元,每2X2個(gè)單元組成一個(gè)單元組,單元組的y軸方向相對(duì)于X軸方向的相位延遲量分別為0、0、π、π，其中，X、y方向是所述二分之一波長(zhǎng)的平面方向上兩個(gè)相互垂直的方向；步驟D2:在二分之一波片上粘合真零級(jí)四分之一波片，四分之一波片的快軸與二分之一波片的快軸垂直，并對(duì)四分之一波片進(jìn)行刻蝕縱向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的該四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中y軸方向相對(duì)于X軸方向的相位延遲量分別為O、- π / 2、0、-π /2。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明提出的基于像素的波片陣列具有如下有益效果:
[0021](I)采集一幀圖像即可獲得物光的光強(qiáng)和相位分布，因此可用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)物體的光強(qiáng)和相位分布。
[0022](2)采集一幀圖像即可獲得光的四個(gè)斯托克斯參量，因此可用來(lái)測(cè)量動(dòng)態(tài)光波的四個(gè)斯托克斯參量。
[0023](3)基于像素的波片陣列可以和偏振片、CCD(CMOS)集成到一起，不需要實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)準(zhǔn)。
[0024](4)基于像素的波片陣列的刻蝕工藝是微米尺度，傳統(tǒng)的光刻技術(shù)就能達(dá)到要求，工藝簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，成本低；而能夠得到同樣效果的金屬納米柵線的微偏振片陣列的刻蝕工藝是納米尺度，必須采用干涉光刻或全息光刻，且需要三到四次干涉光刻或全息光刻，工藝復(fù)雜難度高，成本高。
[0025](5)四種不同相位延遲的波片的厚度主要由材料的雙折射系數(shù)決定的，采用方解石的真零級(jí)波片，厚度僅有幾個(gè)微米。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的基于像素的波片陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的波片陣列與偏振片、圖像傳感器集成在一起的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明的波片陣列的第一種制作方法的示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的波片陣列的第二種制作方法的示意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明的波片陣列的第三種制作方法的示意圖；
[0031]圖6是本發(fā)明的波片陣列的第四種制作方法的示意圖；
[0032]圖7波片陣列應(yīng)用于實(shí)時(shí)全息測(cè)量物光的光強(qiáng)和相位分布的光路示意圖[0033]圖8原始物光光強(qiáng)與相位分布和波片陣列應(yīng)用于實(shí)時(shí)全息測(cè)量物光的光強(qiáng)和相位分布的數(shù)值模擬結(jié)果圖像
[0034]圖9以模擬的光強(qiáng)圖像重構(gòu)CXD處物光的光強(qiáng)和相位圖像方法一
[0035]圖10以模擬的光強(qiáng)圖像重構(gòu)CXD處物光的光強(qiáng)和相位圖像方法二
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明提出了一種波片陣列，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量動(dòng)態(tài)物光波的斯托克斯矢量以及動(dòng)態(tài)物體的光強(qiáng)和相位信息。本發(fā)明還給出了該波片陣列的幾種不同的制作工藝，制作工藝基于微米尺寸，比偏振片陣列制作要簡(jiǎn)單，成本更低。
[0037]波片陣列的結(jié)構(gòu)
[0038]圖1是本發(fā)明的基于像素的波片陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，波片陣列I由縱橫排列的多個(gè)波片單元11構(gòu)成。每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組12，單元組12內(nèi)的四個(gè)波片單元11的厚度不同，使得光經(jīng)過(guò)不同的波片時(shí)，光矢量沿慢軸方向分量相對(duì)于快軸方向分量的相位延遲量不相等，相位延遲量分別為O, Tl / 2, 31 ,3 31 /2。圖1中橫向陰影線表示相位延遲量為O的單元,45度斜向陰影線表示相位延遲量為π / 2單元,豎向陰影線表示相位延遲量為η的單元，135度斜向陰影線表示相位延遲量為3 π / 2單
J Li ο
[0039]圖2顯示了本發(fā)明的波片陣列與偏振片和圖像傳感器集成在一起的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，將波片陣列1、偏振片2與圖像傳感器3(如CCD、CM0S)依次疊置到一起。其中，將偏振片2加工到波片陣列I上較為合適，可直接在波片陣列I上用紫外敏感膠粘合一層含碘化物聚乙烯醇(PVA)薄膜(厚度約IOum)或刻蝕一層金屬納米光柵(厚度約 IOOnm)。
[0040]每個(gè)波片單元11的尺寸與所要裝配的圖像傳感器陣列單元的一個(gè)像素((XD或CMOS的像素)的尺寸一致。由于每個(gè)單元組12內(nèi)的四個(gè)陣列單元11所獲得的光強(qiáng)值并不是相互獨(dú)立的，已知其中三個(gè)陣列單元的光強(qiáng)值即可算出另一個(gè)陣列單元的光強(qiáng)值，因此也可只制作具有三個(gè)相位延遲量的波片陣列。
[0041]該波片陣列I可用于實(shí)時(shí)測(cè)量光的斯托克斯矢量和實(shí)時(shí)相移數(shù)字全息測(cè)量物光的光強(qiáng)和相位信息，但是，當(dāng)將偏振片2集成到波片陣列I上時(shí)，偏振片2的透偏振方向有特殊要求，偏振片2的透偏振方向與波片陣列I的快軸方向的夾角不能為O、π / 4、π /
2、3π / 4, 一般選為π / 8最為合適。
[0042]波片陣列的制作方法一
[0043]圖3是本發(fā)明的波片陣列的第一種制作方法的示意圖。波片陣列可以通過(guò)直接對(duì)一片波片刻蝕不同厚度得到不同的相位延遲量，如圖3所示，具體過(guò)程如下:
[0044]步驟Al:在一個(gè)基底上粘貼一片真零級(jí)波片，該波片的慢軸相對(duì)于快軸的相位延遲量為3π / 2。該步驟還選取高透光率的材料作為基底并對(duì)其進(jìn)行雙面拋光；
[0045]步驟Α2:對(duì)所述波片進(jìn)行刻蝕，使之具有多個(gè)單元，且每相鄰的2X2個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的第一個(gè)單元的刻蝕深度為剛好刻蝕透波片。該步驟對(duì)波片進(jìn)行像素尺寸刻蝕，所述波片單元的尺寸與圖像傳感器(CCD或CMOS)相同，此時(shí)獲得第一個(gè)單元的相位延遲量為O ;[0046]步驟A3:在每個(gè)單元組中刻蝕第二個(gè)單元，該第二個(gè)單元的刻蝕深度為波片厚度的2 / 3。同樣，波片單元的尺寸與感光元件(CCD或CMOS)相同，此時(shí)獲得第二個(gè)單元的相位延遲量為π / 2 ;
[0047]步驟Α4:在每個(gè)單元組中刻蝕第三個(gè)單元，該第三個(gè)單元的刻蝕深度為波片厚度的I / 3。同樣，波片單元的尺寸與感光元件(CCD或CMOS)相同，此時(shí)獲得第三個(gè)單元的相位延遲量為π。
[0048]第四個(gè)單元未被刻蝕，相位延遲量為3 π /2。因此，通過(guò)本方法獲得的波片陣列中每個(gè)2X2單元組中慢軸相對(duì)于快軸的相位延遲量為O, π / 2, Ji ,3 π /2.[0049]波片陣列的制作方法二
[0050]圖4是本發(fā)明的波片陣列的第二種制作方法的示意圖。波片陣列可通過(guò)在玻璃基底上依次粘貼四分之一波片并進(jìn)行刻蝕，如圖4所示，步驟如下:
[0051]步驟B1、在一個(gè)基底上粘合一個(gè)第一片真零級(jí)四分之一波片，將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的慢軸方向相對(duì)于快軸方向的相位延遲量分別為0、0、0、π / 2。該步驟選取高透光率的材料作為基底，并進(jìn)行雙面拋光處理，在基底上用紫外敏感膠粘合該四分之一波片。
[0052]步驟Β2、在第一片真零級(jí)四分之一波片上用粘合第二片真零級(jí)四分之一波片，第二片波片快軸與第一片波片快軸重合，然后對(duì)該四分之一波片進(jìn)行刻蝕，同樣將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的慢軸方向相對(duì)于快軸方向的相位延遲量分別為0、0、π / 2、π / 2。同樣，可采用紫外敏感膠粘
八
口 ο
[0053]步驟Β3、在第二片四分之一波片上粘合第三片真零級(jí)四分之一波片，第三片波片快軸與第二片波片快軸重合，然后對(duì)該四分之一波片進(jìn)行刻蝕，同樣將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的慢軸方向相對(duì)于快軸方向相位延遲量分別為O、π / 2、π / 2、π / 2。同樣，可采用紫外敏感膠粘合。
[0054]因此其組合后的波片陣列中每個(gè)2X2單元組的慢軸方向相對(duì)于快軸方向的相位延遲量分別為O、31 / 2、31、3 31 /2。
[0055]波片陣列的制作方法三
[0056]圖5是本發(fā)明的波片陣列的第三種制作方法的示意圖。由于采用具有三個(gè)相位延遲量的波片陣列即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量動(dòng)態(tài)物體光強(qiáng)的斯托克斯參量和實(shí)時(shí)相移測(cè)量物光光強(qiáng)和相位的目的，本實(shí)時(shí)案例波片陣列可通過(guò)在玻璃基底上依次粘貼兩片快軸方向互相垂直的四分之一波片并進(jìn)行刻蝕，獲得具有三個(gè)相位延遲量的波片陣列，如圖5所示，步驟如下:
[0057]步驟Cl、在基底上粘合第一片真零級(jí)四分之一波片，其快軸與X軸重合，并對(duì)第一片四分之一波片進(jìn)行刻蝕橫向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的第一塊四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的y軸方向相對(duì)于X軸方向相位延遲量分別為0、0、π / 2、π / 2。其中，x、y方向是所述二分之一波長(zhǎng)的平面方向上兩個(gè)相互垂直的方向。該步驟選用透光率高的材料作為基底，并進(jìn)行雙面拋光處理，可采用紫外敏感膠粘合。
[0058]步驟C2、在第一片波片上粘合第二片真零級(jí)四分之一波片，第二片波片的快軸與第一片波片的快軸垂直，并對(duì)第二片四分之一波片進(jìn)行刻蝕縱向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的第二塊四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的y軸方向相對(duì)于X軸方向相位延遲量分別為O、- π / 2、
0、-π/2。
[0059]此時(shí)得到的波片陣列中每個(gè)2X2單元組沿第一片波片慢軸方向相對(duì)于第一片波片快軸方向的相位延遲量分別為O、-31 / 2、31 / 2、0，也即0、3π / 2、31 / 2、0。
[0060]波片陣列的制作方法四
[0061]圖6是本發(fā)明的波片陣列的第四種制作方法的示意圖。波片陣列可通過(guò)在玻璃基底上依次粘貼快軸方向互相垂直的二分之一波片和四分之一波片并進(jìn)行刻蝕制得，如圖6所示，步驟如下:
[0062]步驟Dl、在一個(gè)基底上粘合一片真零級(jí)二分之一波片,其快軸方向與X軸重合,對(duì)該二分之一波片進(jìn)行刻蝕橫向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的二分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)單元組成一個(gè)單元組，單元組的y軸方向相對(duì)于X軸方向的相位延遲量分別為0、0、π、JI。其中，X、y方向是所述二分之一波長(zhǎng)的平面方向上兩個(gè)相互垂直的方向，該步驟選用高透光率材料作為基底，并進(jìn)行雙面拋光處理。同樣，可采用紫外敏感膠粘合。
[0063]步驟D2、在二分之一波片上粘合真零級(jí)四分之一波片，四分之一波片的快軸與二分之一波片的快軸垂直，并對(duì)四分之一波片進(jìn)行刻蝕縱向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的該四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組,每個(gè)單元組中y軸方向相對(duì)于X軸方向的相位延遲量分別為0、-3i / 2、0、-π /2。
[0064]此時(shí)得到的波片陣列中每個(gè)2X2單元組沿y軸方向相對(duì)于x軸方向相位延遲量分別為 O、- 31 /2、31、JI /2,也即 0、3π /2、31、ji /2。
[0065]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0066]實(shí)施例1:基于像素的波片陣列實(shí)時(shí)相移測(cè)量物光的光強(qiáng)分布和相位的方法。
[0067]如前所述，將波片陣列1、偏振片2集成到圖像傳感器3(CCD或CMOS)上，使得波片陣列I的每一個(gè)波片單元都與圖像傳感器3 ((XD或CMOS)的像素單元一一對(duì)應(yīng)，并用來(lái)采集圖像。
[0068]該實(shí)施例的方法選用平行光作為參考光，將物光和參考光調(diào)制為互相垂直的線偏振光。波片陣列的快軸為f軸，慢軸為s軸。經(jīng)第二塊偏振分光棱鏡反射的物光和透射的參考光為互相垂直的線偏振光，其中物光振幅Es，頻率ω，初始相位例，偏振方向與波片陣列快軸f夾角為Q ;參光振幅Ep頻率ω，初始相位，偏振方向與波片陣列快軸f夾角為Θ _ Ji / 2 ;偏振片的透偏振方向?yàn)槲锕獬跏计穹较?，與快軸f夾角為Θ。
[0069]經(jīng)過(guò)相位延遲量為O的波片和偏振片后被圖像傳感器單元記錄的光強(qiáng)值Itl為物光在記錄平面的光強(qiáng)值；經(jīng)過(guò)相位延遲量為η / 2的波片和偏振片后被感光元件記錄的光強(qiáng)值1./2為物光振幅Es、參考光振幅民、以及物光與參考光的相位差的正弦值sm(A勿以及余弦值C0S(A的的函數(shù)；經(jīng)過(guò)相位延遲量為π的波片和偏振片后被感光元件記錄的光強(qiáng)值
1,為物光振幅Es、參考光振幅民、以及物光與參考光的相位差的余弦值cos(A的的函數(shù)；由三角函數(shù)知識(shí)，相位差的正弦值sm(A的與余弦值cos(A的的平方和為u
[0070]可得到四個(gè)方程:[0071]
【權(quán)利要求】
1.一種基于像素的波片陣列，由縱橫排列的多個(gè)波片單元(11)構(gòu)成，其特征在于:每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組(12)，所述單元組(12)內(nèi)的四個(gè)波片單元(11)的厚度不同，使得光經(jīng)過(guò)不同的波片時(shí)，光矢量沿慢軸方向分量相對(duì)于快軸方向分量的相位延遲量不相等，相位延遲量分別為O、31 / 2> 31 >3 31 /2。
2.一種光學(xué)元件，包括波片陣列(I)、偏振片(2)和圖像傳感器(3)，其特征在于:所述波片陣列(I)為權(quán)利要求1所述的基于像素的波片陣列。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件，其特征在于:所述波片陣列(I)、偏振片(2)與圖像傳感器(3)依次疊置。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其特征在于:所述偏振片(2)的透偏振方向與所述波片陣列(I)的快軸方向的夾角為π / 8。
5.一種基于像素的波片陣列的制作方法，其特征在于包括如下步驟:步驟Al:在基底上粘貼一片真零級(jí)波片，該波片的慢軸相對(duì)于快軸的相位延遲量為步驟A2:對(duì)所述波片進(jìn)行刻蝕，使之具有多個(gè)單元，且每相鄰的2X2個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)單元組(12)，每個(gè)單元組中的第一個(gè)單元的刻蝕深度為剛好刻蝕透波片；步驟A3:在每個(gè)單元組中刻蝕第二個(gè)單元，該第二個(gè)單元的刻蝕深度為波片厚度的2 / 3 ； 步驟A4:在每個(gè)單元組中刻蝕第三個(gè)單元，該第三個(gè)單元的刻蝕深度為波片厚度的I / 3ο
6.一種基于像素的波片陣列的制作方法，其特征在于包括如下步驟:步驟B1、在基底上粘合一個(gè)第一片真零級(jí)四分之一波片，將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的慢軸方向相對(duì)于快軸方向的相位延遲量分別為0、0、0、/ 2步驟Β2、在第一片真零級(jí)四分之一波片上粘合一個(gè)第二片真零級(jí)四分之一波片，第二片波片快軸與第一片波片快軸重合，然后對(duì)該四分之一波片進(jìn)行刻蝕，同樣將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中的慢軸方向相對(duì)于快軸方向的相位延遲量分別為0、0、η / 2、π / 2 ；步驟B3、在第二片四分之一波片上粘合第三片真零級(jí)四分之一波片，第三片波片快軸與第二片波片快軸重合，然后對(duì)該四分之一波片進(jìn)行刻蝕，同樣將其刻蝕成為包括多個(gè)波片單元，每相鄰的2X2個(gè)波片單元構(gòu)成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的慢軸方向相對(duì)于快軸方向相位延遲量分別為O、31 / 2、31 / 2、31 /2。
7.一種基于像素的波片陣列的制作方法，其特征在于包括如下步驟:步驟Cl、在基底上粘合第一片真零級(jí)四分之一波片，其快軸與X軸重合，并對(duì)第一片四分之一波片進(jìn)行刻蝕橫向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的第一塊四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組的y軸方向相對(duì)于X軸方向相位延遲量分別為0、0、π / 2、π /2;步驟C2、在第一片波片上粘合第二片真零級(jí)四分之一波片，第二片波片的快軸與第一片波片的快軸垂直，并對(duì)第二片四分之一波片進(jìn)行刻蝕縱向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的第二塊四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組,每個(gè)單元組的y軸方向相對(duì)于X軸方向相位延遲量分別為0、-3i / 2、0、-π /2。
8.一種基于像素的波片陣列的制作方法，其特征在于包括如下步驟:步驟Dl:在基底上粘合一片真零級(jí)二分之一波片，其快軸方向與X軸重合，對(duì)該二分之一波片進(jìn)行刻蝕橫向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的二分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)單元組成一個(gè)單元組，單元組的j軸方向相對(duì)于X軸方向的相位延遲量分別為0、0、π、，其中，x、y方向是所述二分之一波長(zhǎng)的平面方向上兩個(gè)相互垂直的方向；步驟D2:在二分之一波片上粘合真零級(jí)四分之一波片，四分之一波片的快軸與二分之一波片的快軸垂直，并對(duì)四分之一波片進(jìn)行刻蝕縱向周期性光柵結(jié)構(gòu)，光柵的周期為兩個(gè)像素尺寸，得到的該四分之一波片包括多個(gè)波片單元，每2X2個(gè)波片單元組成一個(gè)單元組，每個(gè)單元組中y軸方向相對(duì)于X`軸方向的相位延遲量分別為0、-3i / 2、0、-π /2。
【文檔編號(hào)】G02B5/30GK103454712SQ201310410622
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】張青川, 張志剛, 程騰, 伍小平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)