[發明專利]一種光場相位分布檢測系統及檢測方法

無效

• 申請號: 201210062529.7
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102589685A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 董祥美;耿滔;郭寶光;高秀敏;莊松林
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01J1/04
• 分類號: G01J1/04
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種光場相位分布檢測系統及檢測方法。主要用于光場分析、自適應光學、光學元件度量學、眼科學、光電檢測、光學測量、儀器評估、天文學等領域中的光場相位分布檢測。

背景技術

光場相位分布檢測的需求廣泛存在于光場分析、自適應光學、光學元件度量學、眼科學、光電檢測、光學測量、儀器評估、天文學等領域中。例如，在自適應光學中，光場相位分布傳感器件是適應光學系統中重要的單元之一，它是自適應光學系統中完成自適應能力的首要環節，根據波前變形檢測的結果，通過控制單元，反饋控制已變形的波前相位分布，使其盡量恢復到理想情況，這就是光束波前相位檢測器件的主要功能，并且必不可少。在光場分析領域中，波前相位檢測起著非常重要的作用，特別是在完整分析強聚焦光場過程中，更是不可缺少，波前相位分布檢測能夠使光束描述更完整，對光束聚焦特性的理解更深刻，對聚焦光束的應用起著重要的方向性指導作用。

在先技術中，存在檢測光場相位分布的方法，參見美國專利7,595,729。專利名稱是波前傳感器(英文為Wavefront?sensor)，發明人是Van?Heugten和Anthony?Y，方法是被檢測光束依次通過兩個相互平行的屏，每個屏均具有二維陣列排布的圓形小孔，兩個屏之間存在相對旋轉夾角，這樣光通過兩個片后會產生莫爾效應(英文為Moire?effect)，通過檢測透過光束實現光束波前相位的測量，這種方法雖然具有一定的優點，但是存在本質不足，1)這種方法本質上無法實現高空間分辨率的光束波前檢測，即兩個相連的光束波前橫向檢測點之間的距離不能達到納米數量級，本質上受光波衍射理論的限制和圓形小孔陣列制作工藝上的限制；2)這種方法無法實現高數值孔徑光學系統中的聚焦光束的波前相位檢測，特別是當數值孔徑高于0.70時，光束的矢量效應變得顯著，當在入射光束為激光光束時，由于激光光束為相干光，光的干涉和衍射效應十分明顯，進一步導致這種方法的檢測信噪比低，無法實現波前相位檢測；3)無法實現小光束波前相位檢測，當光束直徑小于屏幕上的圓形小孔時，這種方法檢測原理不成立，根本無法實現波前相位的檢測；4)系統整體結構復雜，結構定位要求高，易收到外界干擾，并且需要二維光電按測器采集圖像，這樣波強相位檢測精度受到光電傳感器參數的限制，無法實現高靈敏度的相位分布測量。

發明內容

本發明的目的在于針對上述技術的不足，提供一種光場相位分布檢測系統及檢測方法，具有實現簡單、可分析聚焦光束的波前分布、可實現高空間分辨率的光束波前測量、結構定位要求低、使用范圍廣等特點。

本發明的基本構思是：利用光纖分束器的近場光耦合相干技術和并列光纖探針掃描技術，基于光波相位可以顯著影響光學干涉信號的原理，將光纖分束器的兩個光信號輸入端利用化學熔融法或熱拉法，制作成兩個光纖探針，將其并排靠緊進行固定，形成相位檢測探針，將相位檢測探針和光纖分束器的近場光耦合部分均固定在同一個掃描部件中，掃描驅動模塊與掃描部件相連接，帶動掃描部件進行移動，實現相位檢測探針在被測光場中進行掃描，通過檢測光纖分束器的光信號輸出端的光強信號，得到光場相位分布。此方法實現簡單、可分析聚焦光束的波前相位分布、可實現高空間分辨率的相位測量、結構定位要求低、使用范圍廣、可操作性強。

一種光場相位分布檢測系統，包括光纖分束器、光電探測器、掃描驅動模塊和掃描部件，其特點是：所述光纖分束器的輸入端至少為兩個，每個光纖分束器輸入端的前端分別設置為圓錐形狀，構成光纖探針；所有的光纖探針并排靠緊并固定，所有光纖探針的光纖傳到部分相互固定，制成相位檢測探針；相位檢測探針和光纖分束器的近場光耦合部分均固定在同一個掃描部件中，光纖分束器的光信號輸出端位于掃描部件外；掃描驅動模塊與掃描部件相連接，光纖分束器的光信號輸出端與光電探測器相連接。

所述的光纖分束器為單模光纖分束器、多模光纖分束器、單模-多模混合型光纖分束器的一種。

所述的光纖分束器其輸入端數量大于或等于貳，并且輸出端數量大于或等于壹。

所述的掃描驅動模塊為壓電陶瓷納米移動平臺。

所述的光電探測器為單傳感面的光電二極管、雪崩管、光電倍增管的一種。

一種光場相位分布檢測系統的檢測方法，其特點是：運用光纖分束器的近場光耦合相干技術和并列光纖探針掃描技術，通過光電探測器檢測光纖分束器輸出端的光強信號，分析聚焦光束的波前相位分布，得到被測光場的相位信息，實現光場相位分布的測量。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和積極效果：