[發明專利]測定高斯光束束腰位置和尺寸的裝置及方法

無效

• 申請號: 200910048441.8
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101509760A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 夏天;周蜀渝;陳鵬;徐震
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及光學測量，特別是一種測定高斯光束束腰位置和尺寸的裝置及方法，它把傳統刀口法、邁克爾遜干涉法以及位置探測器測量微移法結合起來，具有高精度、低成本的優點。?

背景技術

在冷原子物理研究領域中，光偶極勢阱是一種有效的捕獲單原子從而在單原子水平上實現對原子的觀測和操控的有效手段。紅失諧于原子共振躍遷頻率的光學偶極勢阱利用偶極力將俘獲的原子限制在光強最大的高斯光束束腰處，當束腰尺寸小于4μm時，勢阱中的碰撞阻塞效應明顯，光偶極勢阱在束腰處可以容易地捕獲到單個原子。因此，在此類科學實驗研究中，準確定位產生光偶極勢阱的高斯光束的束腰位置以及測定其尺寸是一個至關重要的問題。?

A.H?Firester等人在文章“刀口掃描法測量亞波長量級聚焦光束”(參見“Knife-edge?scanning?measurements?of?subwavelength?focused?light?beams”Applied?Optics，Vol.16，No.7，July?1977，p1971-1974)中，提出一種裝置，利用受高壓三角波信號驅動的壓電陶瓷控制刀片垂直于被測光傳播方向的進動切割并結合干涉法測量刀片在此方向上的實際移動距離從而測定光束束腰尺寸，利用另一塊受直流高壓信號驅動的壓電陶瓷控制刀片在被測光傳播方向上的移動來定位束腰位置。這種測量裝置測量束腰尺寸的方法是通過壓電陶瓷控制刀片對光束橫截面的全范圍重復性進動遮擋以及通過電路對探測到的未被刀片遮擋部分的光功率信號求微分來實現，若光束尺寸很大以至于高壓放大電路的輸出電壓難以驅動壓電陶瓷做全光束截面范圍的掃描，此測量方法將無法使用；這種測量裝置定位束腰位置的方法是通過改變加在壓電陶瓷上的直流高壓信號的的幅值來改變刀片的橫向位移量，由于壓電陶瓷的伸長量與所加電壓的增長成非線性關系、壓電陶瓷具有遲滯特性且具有當加在其上的電壓不變時伸縮量發生緩慢漂移的蠕變特性，因此該定位束腰位置的方法的精確度難以保證。同時，考慮到使用此法定位刀片橫向位置時另一塊壓電?陶瓷也在高壓三角波信號驅動下進動，控制刀片位置的整套裝置的穩定性難以保證，束腰尺寸的測量精度也會受到影響。?

目前市場上已有國內外廠商開發的精密測量高斯光束各項參數的光束質量分析儀器，但此類儀器大多價格昂貴，雖功能繁多，但對于只對束腰尺寸及其位置參數有需求的科學實驗及生產，購買此類商品將可能造成資金及資源的浪費。?

發明內容

本發明的目的是針對上述已有技術在測量束腰位置的定位精度方面受限于壓電陶瓷自身性能中的遲滯和非線性因素的缺點、在對光束橫向尺寸的測量能力方面受制于驅動壓電陶瓷進動的高壓放大電路的電壓放大能力的缺點，以及在測量投入成本及測量精度間難以達成統一的困難，提供一種測定高斯光束束腰位置和尺寸的裝置和方法。該裝置可大大降低測量成本及降低測量誤差。?

本發明的技術解決方案：?

一種測定高斯光束束腰位置和尺寸的裝置，其特點是該裝置包括：?

光路裝置：?

沿參考光源輸出的參考光方向依次置有凸透鏡組、架于光纖耦合架上的多模光纖、分束片，參考光經過所述的分束片后分成透射光R(t)和反射光R(f)，在反射光R(f)方向有第一反射鏡，所述的透射光R(t)方向依次是第一器件組和第二器件組，在所述的第一反射鏡的反射光方向依次是所述的分束片、偏振片、小孔光闌和二極管光電探測器；?

所述的第一器件組的構成是：第二反射鏡固定于圓筒形的壓電陶瓷的前端面上，該第二反射鏡為部分反射鏡，該壓電陶瓷的后端面粘有環形陶瓷片并固定在圓環形底座上，在該圓環形底座的另一面是具有外螺紋的后端鏡筒，在該后端鏡筒的后端面有第一平凸透鏡，所述的第二反射鏡、壓電陶瓷、環形陶瓷片和第一平凸透鏡同光軸，所述的外螺紋固定在一個鏡筒式二維角度調整架上；該鏡筒式二維角度調整架固定在一個可以沿被測光前進方向和被測光前進方向的垂直方向調整的二維手動直線調節臺上；?

所述的第二器件組為一內接式鏡筒，鏡筒前端插槽內置有第二平凸透鏡，鏡筒后端面中心處固定有位置探測器，鏡筒中部是外螺紋，所述的第二平凸透鏡和位置探測器同光軸，所述的外螺紋固定在鏡筒式二維角度調整架上；該鏡筒式二維角度?調整架固定在一個可以沿被測光前進方向和被測光前進方向的垂直方向調整的二維手動直線調節臺上，此平臺擁有微米量級精度的螺旋微調旋鈕；?