一種光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本案公開了一種光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，包括：1)將入射光束通過掃描振鏡反射到物鏡，然后透過物鏡會(huì)聚至物鏡焦點(diǎn)處；2)將標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品放置在物鏡的焦平面上，讓通過物鏡會(huì)聚的光照射在標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上，標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上設(shè)置有長軸沿x，y和z三維方向放置的三個(gè)金納米棒；其中，掃描振鏡通過移動(dòng)改變?nèi)肷涔馐姆瓷渎窂?，使得反射光遍歷標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的所有位置；3)標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品反向散射回的光線穿回所述物鏡，再由光探測器接收，以形成標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的光學(xué)圖像，所述光學(xué)圖像分別代表焦點(diǎn)處光束在x、y、z三個(gè)方向的偏振態(tài)分量，由所述三個(gè)分量的相對強(qiáng)度分布確定物鏡的聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布。
【專利說明】一種光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種矢量光束性質(zhì)的測量方法，特別涉及一種光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]利用基于位相和偏振調(diào)制的矢量光場動(dòng)態(tài)調(diào)控，在光束整形、光學(xué)微操縱、表面等離激元激發(fā)與電磁場增強(qiáng)等方面有重要應(yīng)用，并可應(yīng)用在全光調(diào)控、量子通信、傳感與成像等領(lǐng)域。在調(diào)控的過程中，矢量光束性質(zhì)的測量是必不可少的環(huán)節(jié)，包括振幅、相位、偏振態(tài)等。其中，偏振態(tài)的常規(guī)檢測方法是利用偏振片作為起偏器和檢偏器配合，檢測垂直于光束傳播方向的平面內(nèi)偏振分量。但對于徑向偏振、角向偏振等矢量光束，以及矢量光束聚焦焦點(diǎn)處，其偏振態(tài)較復(fù)雜，不僅局限于垂直傳播方向的平面內(nèi)，利用偏振片檢查不能滿足要求。
[0003]根據(jù)散射理論和表面等離子體共振效應(yīng)，當(dāng)微粒大小達(dá)到光波波長量級時(shí)，微粒對光的散射效應(yīng)不再是宏觀的漫反射效果。尤其當(dāng)微粒具有一定的長寬比，形成棒狀時(shí)，當(dāng)光波的電場振動(dòng)方向和金納米棒的長軸方向一致時(shí)，金納米棒表面會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的等離子體共振。
[0004]目前，對徑向、角向偏振光束的形成裝置及方法研究較多，此外，現(xiàn)有技術(shù)中，利用隨機(jī)分布的金納米棒檢測調(diào)制后的角向偏振光，定性驗(yàn)證了偏振狀態(tài)，還包括通過測試光束在接近聚焦點(diǎn)處偏振態(tài)分布，從而推算出聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)。但尚未見到對光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)分布定量檢測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種用于檢測光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布的檢測方法，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還在于提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，功能完善，能實(shí)現(xiàn)定量檢測的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，包括:
[0008]I)將入射光束通過掃描振鏡反射到物鏡，然后透過物鏡會(huì)聚至物鏡焦點(diǎn)處；
[0009]2)將標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品放置在物鏡的焦平面上，讓通過物鏡會(huì)聚的光照射在標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上設(shè)置有長軸沿X，y和z三維方向放置的三個(gè)金納米棒；
[0010]其中，所述掃描振鏡通過移動(dòng)改變?nèi)肷涔馐姆瓷渎窂绞沟梅瓷涔獗闅v標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的所有位置；
[0011]3)標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品反向散射回的光線穿回所述物鏡，再由光探測器接收，以形成標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的光學(xué)圖像，所述光學(xué)圖像分別代表焦點(diǎn)處光束在X、1、Z三個(gè)方向的偏振態(tài)分量，由所述三個(gè)分量的相對強(qiáng)度分布確定物鏡的聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布。
[0012]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述入射光束首先通過分束鏡進(jìn)行分光，被分成一束透射光和一束反射光，取其中的反射光束傳播至所述掃描振鏡。
[0013]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線穿回所述物鏡后，首先由所述掃描振鏡反射，然后穿過該分束鏡進(jìn)行分光，也被分成一束透射光和一束反射光，取其中的透射光傳播至所述光探測器。
[0014]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品設(shè)置在位移臺(tái)上，所述位移臺(tái)設(shè)置有可沿X方向和y方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步使得反射光遍歷標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的所有位置；
[0015]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述掃描振鏡和物鏡之間還設(shè)置有中間透鏡，所述中間透鏡與物鏡一起將圖像放大，所述入射光束通過掃描振鏡反射后先穿過所述中間透鏡，再到達(dá)物鏡。
[0016]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線穿回所述物鏡后，先經(jīng)過所述中間透鏡，再由所述掃描振鏡反射。
[0017]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線經(jīng)過該分束鏡進(jìn)行分光后的透射光首先經(jīng)過回路透鏡會(huì)聚在針孔處，再透過針孔傳播至所述光探測器。
[0018]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述針孔設(shè)置在針孔板上，且所述針孔板設(shè)置在所述回路透鏡的焦平面上。
[0019]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述三個(gè)金納米棒中，沿z軸方向放置的金納米棒與物鏡的光軸方向相同。
[0020]本發(fā)明公開的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法的有益效果是:將表面等離子增強(qiáng)原理應(yīng)用于焦點(diǎn)處光束偏振態(tài)的測量，通過建立標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品，可確定其反映的光場偏振分量之間的定量關(guān)系，本發(fā)明提出的實(shí)驗(yàn)、定量檢測光束在焦點(diǎn)處偏振態(tài)強(qiáng)度的方法，可應(yīng)用于矢量調(diào)控光束后實(shí)際檢測光束性質(zhì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法中的檢測光路示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法中標(biāo)準(zhǔn)檢測樣本中的金納米棒分布圖；
[0023]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法中長軸位于X方向的金納米棒圖像；
[0024]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法中長軸位于I方向的金納米棒圖像；
[0025]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法中長軸位于z方向的金納米棒圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0027]—種光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，參閱圖1，包括:
[0028]I)將入射光束I通過掃描振鏡3反射到物鏡6，然后透過物鏡會(huì)聚至物鏡焦點(diǎn)處；
[0029]2)將標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品7放置在物鏡的焦平面上，讓通過物鏡會(huì)聚的光照射在標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上，參閱圖2，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上設(shè)置有長軸沿x，y和z三維方向放置的三個(gè)金納米棒；
[0030]其中，所述掃描振鏡可以通過移動(dòng)改變?nèi)肷涔馐姆瓷渎窂绞沟梅瓷涔獗闅v標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的所有位置，也可以通過同時(shí)移動(dòng)所述檢測樣品而使得反射光遍歷檢測樣品的所有位置。我們可以將這個(gè)反射光透過物鏡后的匯聚點(diǎn)稱作掃描光斑；
[0031]3)掃描光斑中含有x、y和z三個(gè)方向的偏振光，我們的目的就是要定量分析這三個(gè)方向的偏振光的值。根據(jù)金納米棒的性質(zhì)，當(dāng)掃描光斑照射到金納米棒上時(shí)，金納米棒表面會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的等離子體共振，只有與金納米棒的長軸方向(也就是軸向)一致偏振光才會(huì)被金納米棒散射，而與與金納米棒的長軸方向(也就是軸向)不一致偏振光會(huì)被金納米棒吸收。
[0032]例如，當(dāng)掃描光斑掃首先描到長軸位于z方向的金納米棒時(shí)，z方向的金納米棒只散射偏振方向?yàn)閦的偏振光，散射的偏振光通過物鏡回到光探測器11。光探測器11根據(jù)接收到的Z方向的金納米棒散射回來的偏振光確定在這束掃描光斑在Z方向的偏振光值。而實(shí)際上，光探測器11接受到的散射回來的偏振光就是長軸位于Z方向的金納米棒所成的像，也就是偏振方向Z的光學(xué)圖像。然后這束掃描光斑繼續(xù)掃描到長軸位于X方向的金納米棒時(shí)，X方向的金納米棒只散射偏振方向?yàn)閄的偏振光，散射的偏振光通過物鏡回到光探測器11。光探測器11根據(jù)接收到的X方向的金納米棒散射回來的偏振光確定在這束掃描光斑在X方向的偏振光值。而實(shí)際上，光探測器11接受到的散射回來的偏振光就是長軸位于X方向的金納米棒所成的像，也就是偏振方向X的光學(xué)圖像。然后這束掃描光斑繼續(xù)掃描到長軸位于I方向的金納米棒時(shí)，y方向的金納米棒只散射偏振方向?yàn)镮的偏振光，散射的偏振光通過物鏡回到光探測器11。光探測器11根據(jù)接收到的I方向的金納米棒散射回來的偏振光確定在這束掃描光斑在I方向的偏振光值。而實(shí)際上，光探測器11接受到的散射回來的偏振光就是長軸位于y方向的金納米棒所成的像，也就是偏振方向y的光學(xué)圖像。由此可以測定該掃描光斑中X，y和z三個(gè)方向的偏振光值。
[0033]參閱圖3-5，分別為長軸位于x、y、z方向的所述金納米棒某種圖像，即焦點(diǎn)處光束的偏振光對所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品所成的像，圖3-5可分別代表焦點(diǎn)處光束在X、1、z三個(gè)方向的偏振態(tài)分量，由所述三個(gè)分量的相對強(qiáng)度分布，可以分析計(jì)算出焦點(diǎn)處光束偏振態(tài)的強(qiáng)度在空間分布，實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)處光斑偏振態(tài)空間分布的定量測量。
[0034]在以上本發(fā)明原理基礎(chǔ)上，還可以有許多變形。
[0035]本發(fā)明還可以包括以下情況，所述入射光束首先通過分束鏡2進(jìn)行分光，被分成一束透射光和一束反射光，取其中的反射光束傳播至所述掃描振鏡。
[0036]進(jìn)一步的，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線穿回所述物鏡后，首先由所述掃描振鏡反射，然后穿過所述分束鏡進(jìn)行分光，也被分成一束透射光和一束反射光，取其中的透射光傳播至所述光探測器。
[0037]本發(fā)明還可以包括以下情況，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品設(shè)置在位移臺(tái)上，所述位移臺(tái)設(shè)置有可沿X方向和I方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步使得反射光遍歷標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的所有位置；其中，由于光斑自身移動(dòng)的幅度較大，而位移臺(tái)移動(dòng)的幅度較小，所以待光斑移動(dòng)到一個(gè)位置，然后在這個(gè)位置的一定范圍內(nèi)，位移臺(tái)對所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的位置進(jìn)行微調(diào)，即掃描振鏡與位移臺(tái)共同作用，使得光斑相對金納米棒逐點(diǎn)逐行掃描。
[0038]優(yōu)選的是，所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其中，所述針孔設(shè)置在針孔板上，且所述針孔板設(shè)置在所述回路透鏡的焦平面上。
[0039]進(jìn)一步的，所述掃描振鏡和物鏡之間還設(shè)置有中間透鏡4和5，所述中間透鏡與物鏡一起將圖像放大，所述入射光束通過掃描振鏡反射后先穿過所述中間透鏡，再到達(dá)物鏡。
[0040]進(jìn)一步的，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線穿回所述物鏡后，先經(jīng)過所述中間透鏡，再由所述掃描振鏡反射。
[0041]本發(fā)明還可以包括以下情況，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線經(jīng)過所述分束鏡進(jìn)行分光后的透射光首先經(jīng)過回路透鏡9會(huì)聚在針孔處，再透過針孔傳播至所述光探測器。
[0042]進(jìn)一步的，所述針孔10設(shè)置在針孔板上，且所述針孔板設(shè)置在所述回路透鏡的焦平面上。
[0043]進(jìn)一步的，還包括以下情況，所述三個(gè)金納米棒中，沿z軸方向放置的金納米棒與物鏡光軸方向相同，也就是說，光線由z方向投射至樣品上。
[0044]盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1.一種光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于，包括: 1)將入射光束通過掃描振鏡反射到物鏡，然后透過物鏡會(huì)聚至物鏡焦點(diǎn)處； 2)將標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品放置在物鏡的焦平面上，讓通過物鏡會(huì)聚的光照射在標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品上設(shè)置有長軸沿X，y和z三維方向放置的三個(gè)金納米棒； 其中，所述掃描振鏡通過移動(dòng)改變?nèi)肷涔馐姆瓷渎窂绞沟梅瓷涔獗闅v標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的所有位置； 3)標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品反向散射回的光線穿回所述物鏡，再由光探測器接收，以形成標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的光學(xué)圖像，所述光學(xué)圖像分別代表焦點(diǎn)處光束在X、y、z三個(gè)方向的偏振態(tài)分量，由所述三個(gè)分量的相對強(qiáng)度分布確定物鏡的聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布。
2.如權(quán)利要求1所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于， 所述入射光束首先通過分束鏡進(jìn)行分光，被分成一束透射光和一束反射光，取其中的反射光束傳播至所述掃描振鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于， 所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線穿回所述物鏡后，首先由所述掃描振鏡反射，然后穿過該分束鏡進(jìn)行分光，也被分成一束透射光和一束反射光，取其中的透射光傳播至所述光探測器。
4.如權(quán)利要求3所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于， 所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品設(shè)置在位移臺(tái)上，所述位移臺(tái)設(shè)置有可沿X方向和I方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步使得反射光遍歷標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品的所有位置。
5.如權(quán)利要求4所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于， 所述掃描振鏡和物鏡之間還設(shè)置有中間透鏡，所述中間透鏡與物鏡一起將圖像放大，所述入射光束通過掃描振鏡反射后先穿過所述中間透鏡，再到達(dá)物鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于， 所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線穿回所述物鏡后，先經(jīng)過所述中間透鏡，再由所述掃描振鏡反射。
7.如權(quán)利要求6所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)檢測樣品散射回的光線經(jīng)過該分束鏡進(jìn)行分光后的透射光首先經(jīng)過回路透鏡會(huì)聚在針孔處，再透過針孔傳播至所述光探測器。
8.如權(quán)利要求6所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于，所述針孔設(shè)置在針孔板上，且所述針孔板設(shè)置在所述回路透鏡的焦平面上。
9.如權(quán)利要求6所述的光束在聚焦點(diǎn)處的偏振態(tài)空間分布測量方法，其特征在于， 所述三個(gè)金納米棒中，沿z軸方向放置的金納米棒與物鏡的光軸方向相同。
【文檔編號】G01J4/00GK104236715SQ201410494537
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張運(yùn)海, 楊皓旻 申請人:中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所