Abstract

We propose an ultrafast holographic Stokesmeter using a volume holographic substrate with two sets of two orthogonal gratings to identify all four Stokes parameters of the input beam. We derive the Mueller matrix of the proposed architecture and determine the constraints necessary for reconstructing the complete Stokes vector. The speed of this device is determined primarily by the channel spectral bandwidth (typically 100 GHz), corresponding to a few picoseconds. This device could be useful in high-speed polarization imaging.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. L. Pezzaniti and R. A. Chipman, Opt. Eng. 34, 1558 (1995).
    [CrossRef]
  2. K. P. Bishop, H. D. McIntire, M. P. Fetrow, and L. J. McMackin, Proc. SPIE 3699, 49 (1999).
    [CrossRef]
  3. G. P. Nordin, J. T. Meier, P. C. Deguzman, and M. W. Jones, J. Opt. Soc. Am. A 16, 1168 (1999).
    [CrossRef]
  4. W. S. Bickel and W. M. Bailey, Am. J. Phys. 53, 468 (1985).
    [CrossRef]
  5. C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, New York, 1998).
    [CrossRef]
  6. L. J. Denes, M. S. Gottlieb, B. Kaminsky, and D. F. Huber, Proc. SPIE 3240, 8 (1998).
    [CrossRef]
  7. T. Nee and S. F. Nee, Proc. SPIE 2469, 231 (1995).
    [CrossRef]
  8. W. G. Egan, Proc. SPIE 1747, 2 (1992).
    [CrossRef]
  9. D. W. Beekman and J. V. Anda, Infrared Phys. Technol. 42, 323 (2001).
    [CrossRef]
  10. D. Kim, C. Warde, K. Vaccaro, and C. Woods, Appl. Opt. 42, 3756 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. A. Gerrard and J. M. Burch, Introduction to Matrix Methods for Optics (Dover, New York, 1974).
  12. S. F. Nee and T. W. Nee, Opt. Eng. 41, 994 (2002).
    [CrossRef]
  13. H. Kogelnik, Bell Syst. Tech. J. 48, 2909 (1969).
    [CrossRef]
  14. M. S. Shahriar, J. Riccobono, M. Kleinschmit, and J. T. Shen, Opt. Commun. 220, 75 (2003).
    [CrossRef]
  15. A. Ambirajan and D. C. Look, Opt. Eng. 34, 1651 (1995).
    [CrossRef]
  16. D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
    [CrossRef]

2003

D. Kim, C. Warde, K. Vaccaro, and C. Woods, Appl. Opt. 42, 3756 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

M. S. Shahriar, J. Riccobono, M. Kleinschmit, and J. T. Shen, Opt. Commun. 220, 75 (2003).
[CrossRef]

2002

S. F. Nee and T. W. Nee, Opt. Eng. 41, 994 (2002).
[CrossRef]

2001

D. W. Beekman and J. V. Anda, Infrared Phys. Technol. 42, 323 (2001).
[CrossRef]

2000

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

1999

K. P. Bishop, H. D. McIntire, M. P. Fetrow, and L. J. McMackin, Proc. SPIE 3699, 49 (1999).
[CrossRef]

G. P. Nordin, J. T. Meier, P. C. Deguzman, and M. W. Jones, J. Opt. Soc. Am. A 16, 1168 (1999).
[CrossRef]

1998

L. J. Denes, M. S. Gottlieb, B. Kaminsky, and D. F. Huber, Proc. SPIE 3240, 8 (1998).
[CrossRef]

1995

T. Nee and S. F. Nee, Proc. SPIE 2469, 231 (1995).
[CrossRef]

J. L. Pezzaniti and R. A. Chipman, Opt. Eng. 34, 1558 (1995).
[CrossRef]

A. Ambirajan and D. C. Look, Opt. Eng. 34, 1651 (1995).
[CrossRef]

1992

W. G. Egan, Proc. SPIE 1747, 2 (1992).
[CrossRef]

1985

W. S. Bickel and W. M. Bailey, Am. J. Phys. 53, 468 (1985).
[CrossRef]

1969

H. Kogelnik, Bell Syst. Tech. J. 48, 2909 (1969).
[CrossRef]

Ambirajan, A.

A. Ambirajan and D. C. Look, Opt. Eng. 34, 1651 (1995).
[CrossRef]

Anda, J. V.

D. W. Beekman and J. V. Anda, Infrared Phys. Technol. 42, 323 (2001).
[CrossRef]

Bailey, W. M.

W. S. Bickel and W. M. Bailey, Am. J. Phys. 53, 468 (1985).
[CrossRef]

Beekman, D. W.

D. W. Beekman and J. V. Anda, Infrared Phys. Technol. 42, 323 (2001).
[CrossRef]

Bickel, W. S.

W. S. Bickel and W. M. Bailey, Am. J. Phys. 53, 468 (1985).
[CrossRef]

Bishop, K. P.

K. P. Bishop, H. D. McIntire, M. P. Fetrow, and L. J. McMackin, Proc. SPIE 3699, 49 (1999).
[CrossRef]

Bohren, C. F.

C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, New York, 1998).
[CrossRef]

Burch, J. M.

A. Gerrard and J. M. Burch, Introduction to Matrix Methods for Optics (Dover, New York, 1974).

Chipman, R. A.

J. L. Pezzaniti and R. A. Chipman, Opt. Eng. 34, 1558 (1995).
[CrossRef]

Deguzman, P. C.

Denes, L. J.

L. J. Denes, M. S. Gottlieb, B. Kaminsky, and D. F. Huber, Proc. SPIE 3240, 8 (1998).
[CrossRef]

Dereniak, E. L.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Descour, M. R.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Egan, W. G.

W. G. Egan, Proc. SPIE 1747, 2 (1992).
[CrossRef]

Fetrow, M. P.

K. P. Bishop, H. D. McIntire, M. P. Fetrow, and L. J. McMackin, Proc. SPIE 3699, 49 (1999).
[CrossRef]

Garcia, J. P.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Gerrard, A.

A. Gerrard and J. M. Burch, Introduction to Matrix Methods for Optics (Dover, New York, 1974).

Gottlieb, M. S.

L. J. Denes, M. S. Gottlieb, B. Kaminsky, and D. F. Huber, Proc. SPIE 3240, 8 (1998).
[CrossRef]

Huber, D. F.

L. J. Denes, M. S. Gottlieb, B. Kaminsky, and D. F. Huber, Proc. SPIE 3240, 8 (1998).
[CrossRef]

Huffman, D. R.

C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, New York, 1998).
[CrossRef]

Jones, M. W.

Kaminsky, B.

L. J. Denes, M. S. Gottlieb, B. Kaminsky, and D. F. Huber, Proc. SPIE 3240, 8 (1998).
[CrossRef]

Kemme, S. A.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Kim, D.

Kleinschmit, M.

M. S. Shahriar, J. Riccobono, M. Kleinschmit, and J. T. Shen, Opt. Commun. 220, 75 (2003).
[CrossRef]

Kogelnik, H.

H. Kogelnik, Bell Syst. Tech. J. 48, 2909 (1969).
[CrossRef]

Locke, A. M.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Look, D. C.

A. Ambirajan and D. C. Look, Opt. Eng. 34, 1651 (1995).
[CrossRef]

McIntire, H. D.

K. P. Bishop, H. D. McIntire, M. P. Fetrow, and L. J. McMackin, Proc. SPIE 3699, 49 (1999).
[CrossRef]

McMackin, L. J.

K. P. Bishop, H. D. McIntire, M. P. Fetrow, and L. J. McMackin, Proc. SPIE 3699, 49 (1999).
[CrossRef]

Meier, J. T.

Nee, S. F.

S. F. Nee and T. W. Nee, Opt. Eng. 41, 994 (2002).
[CrossRef]

T. Nee and S. F. Nee, Proc. SPIE 2469, 231 (1995).
[CrossRef]

Nee, T.

T. Nee and S. F. Nee, Proc. SPIE 2469, 231 (1995).
[CrossRef]

Nee, T. W.

S. F. Nee and T. W. Nee, Opt. Eng. 41, 994 (2002).
[CrossRef]

Nordin, G. P.

Pezzaniti, J. L.

J. L. Pezzaniti and R. A. Chipman, Opt. Eng. 34, 1558 (1995).
[CrossRef]

Phipps, G. S.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Riccobono, J.

M. S. Shahriar, J. Riccobono, M. Kleinschmit, and J. T. Shen, Opt. Commun. 220, 75 (2003).
[CrossRef]

Sabatke, D. S.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Shahriar, M. S.

M. S. Shahriar, J. Riccobono, M. Kleinschmit, and J. T. Shen, Opt. Commun. 220, 75 (2003).
[CrossRef]

Shen, J. T.

M. S. Shahriar, J. Riccobono, M. Kleinschmit, and J. T. Shen, Opt. Commun. 220, 75 (2003).
[CrossRef]

Sweatt, W. C.

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Vaccaro, K.

Warde, C.

Woods, C.

Am. J. Phys.

W. S. Bickel and W. M. Bailey, Am. J. Phys. 53, 468 (1985).
[CrossRef]

Appl. Opt.

Bell Syst. Tech. J.

H. Kogelnik, Bell Syst. Tech. J. 48, 2909 (1969).
[CrossRef]

Infrared Phys. Technol.

D. W. Beekman and J. V. Anda, Infrared Phys. Technol. 42, 323 (2001).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A

Opt. Commun.

M. S. Shahriar, J. Riccobono, M. Kleinschmit, and J. T. Shen, Opt. Commun. 220, 75 (2003).
[CrossRef]

Opt. Eng.

A. Ambirajan and D. C. Look, Opt. Eng. 34, 1651 (1995).
[CrossRef]

S. F. Nee and T. W. Nee, Opt. Eng. 41, 994 (2002).
[CrossRef]

J. L. Pezzaniti and R. A. Chipman, Opt. Eng. 34, 1558 (1995).
[CrossRef]

Proc. SPIE

K. P. Bishop, H. D. McIntire, M. P. Fetrow, and L. J. McMackin, Proc. SPIE 3699, 49 (1999).
[CrossRef]

L. J. Denes, M. S. Gottlieb, B. Kaminsky, and D. F. Huber, Proc. SPIE 3240, 8 (1998).
[CrossRef]

T. Nee and S. F. Nee, Proc. SPIE 2469, 231 (1995).
[CrossRef]

W. G. Egan, Proc. SPIE 1747, 2 (1992).
[CrossRef]

D. S. Sabatke, A. M. Locke, M. R. Descour, W. C. Sweatt, J. P. Garcia, E. L. Dereniak, S. A. Kemme, and G. S. Phipps, Proc. SPIE 4133, 75 (2000).
[CrossRef]

Other

A. Gerrard and J. M. Burch, Introduction to Matrix Methods for Optics (Dover, New York, 1974).

C. F. Bohren and D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Wiley, New York, 1998).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the holographic Stokesmeter.

Fig. 2
Fig. 2

Interaction with the hologram viewed in three sections.

Fig. 3
Fig. 3

Diffraction from a thick, slanted grating.

Equations (8)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

UoUi=-iα sinκuˆi·uˆod2γ1/2, α=cos θicos θo1/2,  γ=cos θi cos θo,  κ=πn/λ.
UoUid=u=-iα sinκ2d2γ, UoUid=u=-iα sinκ2 cos2 2θi-ϕd2γ1/2.
UoUidj=-iκjuˆi·uˆojcosθojξ0sinξ0d  for j=1,2,
ξ0=1cosθiκ1uˆi·uˆo12cosθo1+κ2uˆi·uˆo22cosθo21/2.
MRzγ=10000cos 2γ-sin 2γ00sin 2γcos 2γ00001.
It1=IiA1+B1+Qi cos2γ1-Ui sin2γ1×A1-B1, It2=IiA2+B2+Qi cos2γ2-Ui sin2γ2×A2-B2,
It3=IiA3+B3+Qi cos2γ1+Vi sin2γ1×A3-B3, It4=IiA4+B4+Qi cos2γ2+Vi sin2γ2×A4-B4.
M=0.24320-0.041870.2374600.68596-0.036140.0063700.28996-0.048970-0.277730.212910.1162600.02050.

Metrics