專利名稱：一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于應(yīng)用光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，與光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置有關(guān)，特別是一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置。主要應(yīng)用于近場(chǎng)光學(xué)、光存儲(chǔ)、光刻技術(shù)、光學(xué)顯微技術(shù)、光學(xué)微加工和微操縱等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光強(qiáng)分布特性在光學(xué)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，光強(qiáng)分布特性的研究作為光學(xué)和光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究過(guò)程中核心環(huán)節(jié)受到了廣泛關(guān)注。例如，在光存儲(chǔ)系統(tǒng)中，焦點(diǎn)區(qū)域光強(qiáng)分布與信息存儲(chǔ)密度直接相關(guān)，橫向光斑尺寸決定光信息點(diǎn)大小，即決定信息存儲(chǔ)密度；光強(qiáng)縱向分布特性影響系統(tǒng)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難易，縱向分布尺寸大則可以降低光存儲(chǔ)系統(tǒng)中的伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度。在光學(xué)微操縱領(lǐng)域，處于光場(chǎng)中的微小顆粒受到光梯度力和光散射力的作用，光場(chǎng)的光強(qiáng)度分布直接決定光梯度力和光散射力的分布，所以分析檢測(cè)光強(qiáng)分布特性至關(guān)重要。光束具有矢量特性，不同偏振態(tài)光束的傳播、聚焦、光電轉(zhuǎn)換等效應(yīng)均不相同，例如方位角偏振光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后，焦斑并不是通常的圓斑形狀，而是圓環(huán)形焦斑。所以，不同方向偏振分量光強(qiáng)分布檢測(cè)具有重要的研究意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值，在近場(chǎng)光學(xué)、光存儲(chǔ)、光刻技術(shù)、光學(xué)顯微技術(shù)、光學(xué)微加工和微操縱等領(lǐng)域中起著非常重要的作用。在先技術(shù)中，存在幾種光強(qiáng)分布檢測(cè)技術(shù)，包括光電成像法、刀口法(參見(jiàn)論文"刀口法測(cè)量高斯光束光斑尺寸的重新認(rèn)識(shí)，"《激光與紅外》，32巻第3期)和近場(chǎng)光學(xué)法(參見(jiàn)發(fā)明專利檢測(cè)光斑物鏡小光斑的方法，專利號(hào)ZL00127831.2)，具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)。但是，存在本質(zhì)不足1)光電成像法和刀口法分別利用二微光電器件和刀口進(jìn)行檢測(cè)，光強(qiáng)檢測(cè)分辨率低；2)近場(chǎng)光學(xué)法基于近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡，利用光纖探針直接收集光場(chǎng)近場(chǎng)光能量，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；3)現(xiàn)有光電成像法、刀口法和近場(chǎng)光學(xué)法均存在一個(gè)本質(zhì)上不足由于不能區(qū)分收集光場(chǎng)偏振特性，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分 布的檢測(cè)裝置，具有檢測(cè)分辨率高、系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、使用便利、可實(shí)現(xiàn)不同偏振 方向光強(qiáng)檢測(cè)等特點(diǎn)。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是光束經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦部件聚焦形成被測(cè)光場(chǎng)區(qū)域，被測(cè) 光場(chǎng)區(qū)域設(shè)置有上下兩平面為透光薄膜，兩透光薄膜之間設(shè)有熒光分子層；熒光 分子層中的熒光分子對(duì)不同偏振態(tài)光場(chǎng)的熒光率不同，不同極化方向分布的熒光 分子層即可產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)方向偏振光的熒光，利用光纖探針探測(cè)熒光分子層的熒光 光場(chǎng)分布，即可得到不同方向偏振分量光強(qiáng)分布信息。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為 一種不同方向偏振分量光強(qiáng) 分布的檢測(cè)裝置，由光源、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件、光譜分光鏡、光學(xué)聚焦部件、光電 成像器件、下透光薄膜、上透光薄膜、熒光分子層、納米掃描部件、光纖探針、 光電傳感器構(gòu)成。光源出射光束光路上依次設(shè)置有偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件、光譜分光鏡， 光源出射光束被光譜分光鏡反射的反射光路方向上依次設(shè)置有光學(xué)聚焦部件、下 透光薄膜、熒光分子層、上透光薄膜；下透光薄膜、熒光分子層、上透光薄膜與 光譜分光鏡反射光束傳播方向夾角均為70° 90° ;光源出射光束被光譜分光 鏡反射的反射光路反向延長(zhǎng)線上設(shè)置有光電成像器件；光源出射光束被光譜分光 鏡反射的反射光經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦部件聚焦形成被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域，下透光薄膜和上透 光薄膜的兩個(gè)薄膜之間設(shè)置有熒光分子層，熒光分子層位于光學(xué)聚焦部件的焦點(diǎn) 被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域；上透光薄膜的另一側(cè)設(shè)置有光纖探針，光纖探針靠近上透光薄 膜的一端與納米掃描部件相連接，光纖探針的另一端與光電傳感器連接。
所述的光源為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器、非相干光源的一種。
所述的偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件為波片型偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、液晶偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、微光柵 偏振態(tài)調(diào)節(jié)器的一種。
所述的光學(xué)聚焦部件為消色差顯微物鏡、復(fù)消色差顯微物鏡、平場(chǎng)顯微物鏡 的一種。
所述的光電成像器件為面陣電荷耦合器件成像器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體成 像器的一種。所述的熒光分子層為無(wú)機(jī)熒光分子層、有機(jī)熒光分子層、染料分子層的一種。
所述的納米掃描部件為壓電陶瓷納米掃描器、壓電晶體納米掃描器的一種。 所述的光電傳感器為光電二極管、光電雪崩管、光電倍增管的一種。 本發(fā)明工作過(guò)程為光源發(fā)出的光束經(jīng)偏振態(tài)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后射向光譜分光 鏡；光源出射光束被光譜分光鏡反射后經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦部件聚焦形成被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū) 域；下透光薄膜、熒光分子層、上透光薄膜均位于光學(xué)聚焦部件聚焦后形成的被 檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域；熒光分子層中的熒光分子對(duì)不同偏振態(tài)光場(chǎng)的熒光率不同，不同 極化方向分布的熒光分子層即可產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)方向偏振光的熒光，上透光薄膜上方 設(shè)置的光纖探針探測(cè)熒光分子層的熒光光強(qiáng)，與光纖探針另一端相連的光電傳感 器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換；納米掃描部件帶動(dòng)光纖探針進(jìn)行掃描，得到不同極化方向分布 的熒光分子的熒光光場(chǎng)分布，不同極化方向分布的熒光分子熒光與相應(yīng)方向被測(cè) 偏振光相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的測(cè)量。光譜分光鏡的分光面 對(duì)于光源的出射光束的反射率大于75%，對(duì)于熒光分子層發(fā)射出的熒光的透射率 大于70%，所以，在不同方向偏振分量光強(qiáng)分布測(cè)量過(guò)程中，熒光分子層發(fā)射出 的熒光依次透過(guò)下透光薄膜、光學(xué)聚焦部件和光譜分光鏡，被光電成像器件接收 成像，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量過(guò)程的觀察監(jiān)控。
本發(fā)明裝置中移動(dòng)部件及其控制，以及光電探測(cè)信號(hào)處理均是成熟技術(shù)。本 發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于提供一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布檢測(cè)裝置的光路結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為
1) 利用光纖探針檢測(cè)熒光分子的熒光光場(chǎng)分布，由于不同極化方向的熒光 分子所對(duì)應(yīng)的被檢測(cè)光場(chǎng)偏振方向不同，且熒光分子熒光效率與被測(cè)光場(chǎng)強(qiáng)度有 關(guān)，所以檢測(cè)不同極化方向的熒光分子熒光光場(chǎng)分布，便可以得到不同方向偏振 分量光強(qiáng)分布，本發(fā)明本質(zhì)上克服了在先技術(shù)本質(zhì)不足，可以實(shí)現(xiàn)不同方向偏振 分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)。
2) 利用光纖探針檢測(cè)熒光分子的熒光光場(chǎng)分布，充分利用了近場(chǎng)光學(xué)高分辨 率特性，使得本發(fā)明具有檢測(cè)分辨率高的特點(diǎn)。
3) 利用光譜分光鏡將光電成像器件耩合到光束中，可以對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行監(jiān) 控，具有使用操作便利、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且整套系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單。
4) 光譜分光鏡的使用提高了光源的出射光利用率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩詳細(xì)描述，以下實(shí)施例是本發(fā)明比較好的應(yīng) 用形式，但以下實(shí)施例不應(yīng)看作是對(duì)本發(fā)明的限制。 實(shí)施例
本實(shí)施例的以下部分描述了一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置 如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)不同方向偏振光光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置包括光源1、
偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件2、光譜分光鏡IO、光學(xué)聚焦部件3、光電成像器件ll、下透光 薄膜9、上透光薄膜8、熒光分子層4、納米掃描部件5、光纖探針6、光電傳感 器7。光源l出射光束光路上依次設(shè)置有偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件2、光譜分光鏡IO，光 源1出射光束被光譜分光鏡10反射的反射光路方向上依次設(shè)置有光學(xué)聚焦部件 3、下透光薄膜9、熒光分子層4、上透光薄膜8;下透光薄膜9、熒光分子層4、 上透光薄膜8與光譜分光鏡10反射光束傳播方向夾角均為70。 90° ;光源l 出射光束被光譜分光鏡10反射的反射光路反向延長(zhǎng)線上設(shè)置有光電成像器件 11;光源1出射光束被光譜分光鏡10反射的反射光經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦部件3聚焦形 成被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域，下透光薄膜9和上透光薄膜8的兩個(gè)薄膜之間設(shè)置有熒光分 子層4，熒光分子層4位于光學(xué)聚焦部件3的焦點(diǎn)區(qū)域即被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域。上透 光薄膜8的另一側(cè)設(shè)置有光纖探針6，光纖探針6靠近上透光薄膜8的一端與納 米掃描部件5相連接，光纖探針6的另一端與光電傳感器7連接。
本發(fā)明中光源l為氣體激光器，采用氦氖激光器，波長(zhǎng)632.8納米；偏振態(tài) 調(diào)節(jié)器件2為波片型偏振態(tài)調(diào)節(jié)器；光學(xué)聚焦部件3為消色差顯,微物鏡；光電成 像器件11為面陣電荷耦合器件成像器；熒光分子層4為染料分子層；納米掃描 部件5為壓電陶瓷納米掃描器；光電傳感器7為光電倍增管。下透光薄膜9、熒 光分子層4、上透光薄膜8與光譜分光鏡10反射光束傳播方向夾角均為90。。
本發(fā)明工作過(guò)程為光源1發(fā)出的光束經(jīng)偏振態(tài)調(diào)節(jié)器2調(diào)節(jié)后射向光譜分
光鏡10;光源1出射光束被光譜分光鏡10反射后經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦部件3聚焦形成
被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域；下透光薄膜9、熒光分子層4、上透光薄膜8均位于光學(xué)聚焦 部件3聚焦后形成的被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域；熒光分子層4中的熒光分子對(duì)不同偏振態(tài)
7光場(chǎng)的熒光率不同，不同極化方向分布的熒光分子層4即可產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)方向偏振 光的熒光，上透光薄膜8上方設(shè)置的光纖探針6探測(cè)熒光分子層4的熒光光強(qiáng)， 與光纖探針6相連的光電傳感器7實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換；納米掃描部件5帶動(dòng)光纖探針 6進(jìn)行掃描，得到不同極化方向分布的熒光分子熒光光場(chǎng)分布，不同極化方向分 布的熒光分子熒光與相應(yīng)方向被測(cè)偏振光相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了不同方向偏振分量光強(qiáng) 分布的測(cè)量。光譜分光鏡10的分光面對(duì)于光源1出射光束的反射率大于75%， 對(duì)于熒光分子層4發(fā)射出的熒光的透射率大于70%，所以，在不同方向偏振分量 光強(qiáng)分布測(cè)量過(guò)程中，熒光分子層4發(fā)射出的熒光依次透過(guò)下透光薄膜9、光學(xué) 聚焦部件3和光譜分光鏡10，被光電成像器件ll接收成像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量過(guò)程 進(jìn)行監(jiān)控。
本發(fā)明的關(guān)鍵是，用檢測(cè)熒光光場(chǎng)的分布信息來(lái)檢測(cè)偏振光光強(qiáng)分布信息， 具有檢測(cè)分辨率高、系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、使用便利、可實(shí)現(xiàn)不同偏振方向光強(qiáng)檢測(cè)等 特點(diǎn)。凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)、方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求
1、一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，由光源、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件、光譜分光鏡、光學(xué)聚焦部件、光電成像器件、下透光薄膜、上透光薄膜、熒光分子層、納米掃描部件、光纖探針、光電傳感器構(gòu)成，其特征在于光源出射光束的光路上依次設(shè)置有偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件、光譜分光鏡，光源出射光束被光譜分光鏡反射的反射光路方向上依次設(shè)置有光學(xué)聚焦部件、下透光薄膜、熒光分子層、上透光薄膜；下透光薄膜、熒光分子層、上透光薄膜與光譜分光鏡反射光束傳播方向夾角均為70°～90°；光源出射光束被光譜分光鏡反射的反射光路反向延長(zhǎng)線上設(shè)置有光電成像器件；光源出射光束被光譜分光鏡反射的反射光經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦部件聚焦形成被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域，下透光薄膜和上透光薄膜的兩個(gè)薄膜之間設(shè)置有熒光分子層，熒光分子層位于光學(xué)聚焦部件的焦點(diǎn)區(qū)域即被檢測(cè)光場(chǎng)區(qū)域；上透光薄膜的一側(cè)與熒光分子層對(duì)應(yīng)，另一側(cè)設(shè)置有光纖探針，光纖探針靠近上透光薄膜的一端與納米掃描部件相連接，光纖探針的另一端與光電傳感器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，其 特征在于所述的光源為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器、非相干光源 的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，其 特征在于所述的偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件為波片型偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、液晶偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、 微光柵偏振態(tài)調(diào)節(jié)器的一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，其 特征在于所述的光學(xué)聚焦部件為消色差顯微物鏡、復(fù)消色差顯微物鏡、平場(chǎng)顯 微物鏡的一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，其 特征在于所述的光電成像器件為面陣電荷耦合器件成像器、互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體成像器的一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，其 特征在于所述的熒光分子層為無(wú)機(jī)熒光分子層、有機(jī)熒光分子層、染料分子層的一種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，其特征在于所述的納米掃描部件為壓電陶瓷納米掃描器、壓電晶體納米掃描器的一種。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，其 特征在于所述的光電傳感器為光電二極管、光電雪崩管、光電倍增管的一種。
全文摘要
本發(fā)明是一種不同方向偏振分量光強(qiáng)分布的檢測(cè)裝置，由光源、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器件、光譜分光鏡、光學(xué)聚焦部件、光電成像器件、下透光薄膜、上透光薄膜、熒光分子層、納米掃描部件、光纖探針、光電傳感器組成；光源出射光束依次經(jīng)過(guò)偏振態(tài)調(diào)節(jié)器、光譜分光鏡和光學(xué)聚焦部件聚焦到熒光分子區(qū)域，熒光分子區(qū)域由上透光薄膜、熒光分子層、下透光薄膜構(gòu)成，熒光分子區(qū)域上方置有光纖探針，光纖探針靠近熒光分子區(qū)域一端與納米掃描部件相連接，另一端與光電傳感器連接，光纖探針可以探測(cè)熒光分子層不同方向偏振分量熒光光強(qiáng)分布，從而得到光場(chǎng)中不同方向偏振分量光強(qiáng)分布。本發(fā)明具有檢測(cè)分辨率高、系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)不同偏振方向光強(qiáng)檢測(cè)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J1/04GK101598597SQ200910101240
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者溁 方, 李勁松, 高秀敏 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院