Media-security

СРАВНЕНИЕ СХЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ФРАУНГОФЕРОВОЙ ДИФРАКЦИИ ОТ ПРИЗМЫ АМИЧИ

В. А. Дементьев, К. Г. Предко

Институт прикладной оптики НАН Беларуси

Пространственная зависимость поляризации в плоскости изображения (поляризационная структура изображения) имеет место в магнитно-оптических устройствах для оптической обработки данных [1], при интерферометрических измерениях оптической передаточной функции с перекрывающимися ортогонально поляризованными пучками [2], на выходных зрачках светосильных оптических систем [3], в схемах оптических устройств с электрооптическими модуляторами в качестве выходных портов [4], на выходе решеток-масок с периодической одномерной зависимостью их поляризационных свойств. Последние обладают лучшим разрешением при их использовании в оптической литографии [5], и дают ряд преимуществ в муаровой технике [6]. Сложной поляризационной структурой может обладать даже изображение двухточечного объекта [7].

Измерение поляризационной структуры заключается в измерении пространственных распределений или параметров Стокса, или матрицы когерентности [8], или освещенностей Ix, Iy, I± 45, Ir,l. Индексы при I означают, что соответствующие поля и освещенности получены при следующих ориентациях осей анализатора и фазовой пластинки: x, y, ± 45 - анализатор и фазовая пластинка вдоль x-оси, вдоль y-оси, под ± 45о с x-осью; r, l - анализатор под 45о, - 45о с x-осью, быстрая ось фазовой пластинки вдоль x-оси [9]. Измеренные пространственные распределения потом пересчитываются непосредственно в сами параметры эллипса поляризации - азимут, угол эллиптичности и степень поляризации, зависящие от координат. Очевидным методом измерения является метод сканирования изображения точечной или щелевой диафрагмой с помещенными позади нее четверть-волновой пластинкой, анализатором и фотоприемником (рис. 1а). Но он может оказаться неудобным или неподходящим вообще, например, ввиду поляризующего действия щели, недостаточности пропускаемого на фотоприемник света, большого времени измерений. Кроме того погрешности измерений, связанные с работой анализатора и четвертьволновой пластинки в косых лучах, могут иметь место и здесь [10]. В этом случае может оказаться предпочтительнее измерительная схема, в которой фазовая пластинка и анализатор находятся перед плоскостью изображения, а в плоскости изображения может быть матричный фотоприемник (рис. 1б). Однако здесь фазовая пластинка и анализатор становятся частью изображающей системы и, естественно, изменяют ее передаточные характеристики. В результате поляризационная структура, измеренная по такой схеме (рис. 1б), может отличаться от поляризационной структуры, измеренной методом сканирования точечной или щелевой диафрагмой с фазовой пластинкой и анализатором после плоскости изображения (рис. 1а).


Рис. 1 Схемы измерения а и б поляризационной структуры изображения. A - анализатор, W - фазовая пластинка, ФП - фотоприемник.

С целью выявить эти отличия были проведены теоретическое сравнение световых полей для двух положений фазовой пластинки и анализатора (рис. 1) и измерения поляризационной структуры изображения тремя способами: изображение сканировалось щелью, анализатор и фазовая пластинка расположены после (рис. 1а) и до (рис. 1б) плоскости изображения; анализатор и фазовая пластинка расположены до плоскости изображения, в плоскости изображения фотодиодная матрица (рис. 1б). Измеренные пространственные зависимости сравнивались с теоретически рассчитанными по специально созданной программе. Изображение представляло собой Фраунгоферову дифракционную картину от призмы Амичи с прямоугольным выходным зрачком. Призма Амичи была выбрана потому, что ее дифракционные свойства известны [11], а поляризация изменяется по плоскости дифракционной картины только в направлении, перпендикулярном ребру крыши.

Рис. 2 Формирование дифракцинной картины от призмы Амичи. МО - микрообъектив (8´ , 0.20), ПФ - 10 микронная диафрагма. Посредством поляризатора П1 и ромба Френеля РФ поляризация устанавливалась близкой к правой циркулярной и могла быть преобразована в произвольную линейную поляризатором П2. ПА - призма Амичи, Д - прямоугольная диафрагма. Диафрагма устанавливалась симметрично относительно проекции ребра призмы на ее выходную грань, захватывая выходящие из призмы пучки равным образом. Ее ширина подбиралась так, чтобы размер изображения вдоль y-оси был 1-2 мм. Поляризация излучения в изображении имеет координатную зависимость вдоль этого направления.

Приведенные теоретические и экспериментальные данные говорят только об их хорошем качественном совпадении для всех схем измерения поляризационной структуры изображения, поэтому вопрос точности измерений и сравнение схем измерения по точности остается открытым, особенно для схемы измерения с матричным фотоприемником. Она привлекательна ввиду гибкости и быстроты обработки данных, и может быть применена для регистрации двумерных пространственных поляризационных зависимостей и технически более просто реализуема, чем, например, солнечный поляриметр [12].

а)

б)

в)

г)

Рис.3 Координатные зависимости Ix, Iy, I45, Ir для линейной поляризации освещения вдоль ребра призмы. Сплошные кривые - теоретические, D - измерения по схеме рис. 1а, ´ - по схеме рис. 1б сканированием щелью, точки - по схеме рис. 1б с фотодиодной матрицей.

Литература

J.C. Cassidy // J.O.S.A., 1971, V.61, N.3, p.378-385.

A.J. Montgomery // J.O.S.A., 1966, V.56, N.5, p.624-629.

D.J. Reiley, R.A. Chipman // Appl.Opt., 1994, V.33, N.10, p.2002-2012.

A. Dickinson, M.E. Prise // Appl.Opt., 1990, V.29, N.14, p.2001-2005.

S. Asai, I. Hanyu, M.Takikawa // Jap.J.Appl.Phys., 1993, V.32, p.5863-5866.

O. Bryngdahl // J.O.S.A., 1972, V.62, N.7, p.839-848.

V.A. Dementyev // Proc. SPIE, 1995, V.2647, p.99-104.

V. N. Kurashov, V.V. Marienko, T.V. Molebna, A.G. Chumakov // Proc. SPIE, 1995, V.2647, p.48-56.

А. Джеррард, Дж.М. Берч Введение в матричную оптику / М.: Мир, 1978. - с.213-217.

В.Е. Карасик, С.В. Сердинов // Вестн. МГТУ, 1992, №2, с.79-85.

П.И. Ламекин // ОМП, №12, 1990, с.25-29.

H.P. Povel, C.U. Keller, I.A. Yadigaroglu // Appl.Opt., 1994, V.33, N.19, p.4254-4260.