专利名称：一种光场相位探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光场相位探测器的制作方法，属于光学技术领域。
背景技术：
现有的光场相位探测器通常是基于哈特曼(Hartmann)结构或哈特曼夏克(Hartmann-Shack)结构。有人也将哈特曼夏克(Hartmann-Shack)结构称为夏特哈克曼(Shack-Hartmann)结构。例如，参见一个美国专利7，595，729，专利名称是波前探测器(此美国专利的英文名字为Wavefront sensor),发明人是Van Heugten和Anthony Y,这种探测器原理是被检测光束依次通过两个相互平行的屏，每个屏均具有二维阵列排布的圆形小孔，两个屏之间存在相对旋转夹角，这样光通过两个片后会产生莫尔效应(英文为Moireeffect)，利用二维光电探测器检测透过光束，实现光束波前相位的测量。所有基于哈特曼结构或哈特曼结构夏克结构的光场相位探测器的制作方法中，最重要的步骤就是制作小孔阵列的屏，或者是制作含有微透镜阵列的屏，然后在小孔阵列屏或者微透镜阵列屏的光场出射一侧设置有二维光电探测器，用于二维光场采集。由于小孔阵列屏或者微透镜阵列屏的制作工艺复杂，特别当制作纳米数量级的小孔或者微透镜阵列屏时，需要借助电子集成芯片制作工艺，并且，制作方法中均需要设置二维光电探测器进行光信息探测，这种光场相位探测器的制作方法复杂。采用现有方法制作出来的光场相位探测器存在本质不足，无法实现高空间分辨率的光束波前检测，无法实现高数值孔径光学系统中的聚焦光束的波前相位检测；无法实现光束直径小于小孔或微透镜的光束波前相位检测；无法实现高灵敏度的相位分布测量。
发明内容
本发明公开了一种光场相位探测器的制作方法，其目的在于可以克服现有技术需要借助电子集成芯片制作工艺，利用二维光电探测器进行光信息探测，不仅相位探测器的制作方法复杂，而且检测灵敏度低，无法实现高空间分辨率的光束波前检测，无法实现高数值孔径光学系统中的聚焦光束的波前相位检测及光束直径小于小孔或微透镜的光束波前相位检测。本发明不仅制作方法简单，而且所制作的光场相位探测器抗干扰能力强、信噪比和检测灵敏度好。本发明技术方案是这样实现的一种光场相位探测器制作方法，其特征在于具体制作步骤如下(I)选择至少两根光纤，去除每根光纤进入近场光耦合区的光纤部分的保护层；(2)将每根光纤的无保护层部分相互贴近，进行绞合，形成由光纤构成的螺旋形光纤束，并将绞合的光纤束放置在光纤拉锥机上，依据制备光纤分束器的流程，设置光纤分光比；(3)光纤拉锥机对光纤束进行拉锥，同时监控光纤分光比，当光纤分光比稳定到所设置数值，在光纤未被拉断前停止拉锥；
(4)将已经相互熔接存在近场光耦合区的光纤束从光纤拉锥机上取出，利用机械式切割机或化学熔断法在近场光耦合区切断，制备成含有光纤束断面的近场光耦合区，将近场光耦合区作为光场相位探测器的近场光学探针；(5)近场光稱合区被密闭在一个壳体中，与两维扫描器的移动部件相固定；近场光学探针一侧的壳体上开有光汇聚孔，迎接会聚光，另一侧所制得的光纤束的光输出端分别与近场光耦合区外的光电探测器连接。所述的光纤分光比范围在I : 99到99 I之间。
本发明的发明点在于运用光耦合器件制作技术和近场光学工作原理，给出一种方法简单灵活、抗干扰能力强、高信噪比、高灵敏度、可分析聚焦光束的波前相位分布、可实现高空间分辨率的相位测量、使用范围广、可操作性强的光场相位探测器的制作方法。与现有技术相比，本发明的优点在于I)基于光波相干原理,本发明利用光纤束的近场f禹合区域将光场的相位信息转化成强度信息，随后光场沿着光纤传播，相位信息已经保持在光纤传播光场中，所以通过本发明制作的光场相位探测器，其在本质上具有强抗外界干扰性，高信噪比和高检测灵敏度特性。2)本发明由于使用光纤探针进行扫描，光纤探针的前端通光孔径利用现有成熟技术可以达到纳米尺度，同时本发明是利用扫描部件带动相位检测探针进行扫描，如果扫描部件采用高精度压电陶瓷纳米平台，扫描精度可以达到0. 5纳米，即使采用步进电机作为扫描部件，也可以达到亚微米量级，所以本发明制作的光场相位探测器可以实现高空间分辨率的光束波前检测。3)本发明采用近场光耦合区域进行相位检测，对被测光场没有任何限制，可以是平行光束，也可以是会聚光束，所以本发明在本质上解决了在先技术的局限性，可以实现高数值孔径光学系统中的聚焦光束的波前相位测量。4)本发明采用拉锥后的光耦合区域进行光信号输入，由于是拉锥后，可以达到亚波长尺度，所以本发明可以进行小光束波前相位测量。5)本发明如果采用单传感面的光电传感器，光电传感信噪比高，基于光纤传感，系统结构简单，抗干扰性强，可实现高灵敏度的相位分布测量。
图I为采用本发明方法制作的光场相位探测器结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。一种光场相位探测器结构如图I所示；具体制作步骤如下(I)选择两根通讯波段的单模光纤作为基本光纤，第一单模光纤3和第二单模光纤6，利用光纤机械剥皮钳将两根光纤需要加工成近场光耦合区的光纤部分的保护层去除。(2)将第一单模光纤3和第二单模光纤6的无保护层部分相互贴近，并且将两根贴近的第一单模光纤3和第二单模光纤6进行绞合，形成由两根光纤构成的螺旋形光纤束，并将绞合的第一单模光纤3和第二单模光纤6放置在光纤拉锥机的光纤放置位置，光纤拉锥机为国产光纤无源器件制备用光纤拉锥机，依据制备光纤分束器的流程，设置光纤分光比为 I : I。(3)光纤拉锥机对两个光纤进行拉锥动作，同时监控光纤分光比，当光纤分光比稳定到所设置数值，在光纤未被拉断前停止拉锥动作。(4)将已经相互熔接存在近场光耦合区的两个光纤从光纤拉锥机上取出，利用机械式切割机或化学熔断法在近场光耦合区切断，形成了相互靠紧并存在近场光耦合效应的第一单模光纤3的第一光纤断面I和第二单模光纤6的第二光纤断面5，含有第一光纤断面 I和第二光纤断面5的近场光耦合区作为光场相位探测器的近场光学探针。(5)近场光稱合区被密闭在一个壳体中，与两维扫描器的移动部件相固定；近场光学探针一侧的壳体上开有光汇聚孔，迎接会聚光，第一单模光纤3的光输出端与近场光耦合区外的第一光电探测器4相连接，第二单模光纤6的光输出端与近场光耦合区外的第二光电探测器7相连接，第一光电探测器4和第二光电探测器7均采用日本滨淞公司的光电倍增管，两维扫描器2采用德国PI公司的压电陶瓷纳米平台，近场光耦合区与两维扫描器2的移动部件相固定。这样一个光场相位探测器就制作完成。本实施例成功完成了光场相位探测器的制作，并且成功对0. 65数值孔径光学会聚系统中的焦点区域光场8进行了波前相位分布检测，与在先技术进行了比较，本发明抗干扰能力强、高信噪比、高灵敏度、实现简单、可分析聚焦光束的波前相位分布、可实现高空间分辨率的相位测量、使用范围广、可操作性强。
权利要求
1.一种光场相位探测器制作方法，其特征在于具体制作步骤如下 (1)选择至少两根光纤，去除每根光纤进入近场光耦合区的光纤部分的保护层； (2)将每根光纤的无保护层部分相互贴近，进行绞合，形成由光纤构成的螺旋形光纤束，并将绞合的光纤束放置在光纤拉锥机上，依据制备光纤分束器的流程，设置光纤分光比； (3)光纤拉锥机对光纤束进行拉锥，同时监控光纤分光比，当光纤分光比稳定到所设置数值，在光纤未被拉断前停止拉锥； (4)将已经相互熔接存在近场光耦合区的光纤束从光纤拉锥机上取出，利用机械式切割机或化学熔断法在近场光耦合区切断，制备成含有光纤束断面的近场光耦合区，将近场光耦合区作为光场相位探测器的近场光学探针； (5)近场光稱合区被密闭在一个壳体中，与两维扫描器的移动部件相固定；近场光学探针一侧的壳体上开有光汇聚孔，迎接会聚光，另一侧所制得的光纤束的光输出端分别与近场光耦合区外的光电探测器连接。
2.根据权利要求I所述的一种光场相位探测器制作方法，其特征在于所述的光纤分光比范围在I : 99到99 I之间。
全文摘要
本发明涉及一种光场相位探测器制作方法，选择至少两根光纤，去除每根光纤在近场光耦合区部分的保护层；将无保护层部分相互贴近绞合成螺旋形光纤束，然后放置在光纤拉锥机上，设置光纤分光比并对光纤束进行拉锥，当光纤分光比稳定到所设置数值时停止拉锥；取出后利用切割机或化学熔断法在近场光耦合区切断，作为光场相位探测器的近场光学探针；并密闭在壳体中，与两维扫描器的移动部件相固定；近场光学探针一侧的壳体上开有光汇聚孔，另一侧光纤束的光输出端分别与近场光耦合区外的光电探测器连接。本发明方法简单灵活、抗干扰能力强、信噪比灵敏度高、可分析聚焦光束的波前相位分布，实现高空间分辨率的相位测量。
文档编号G01J1/04GK102620818SQ20121009038
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者庄松林, 耿滔, 董祥美, 郭宝光, 高秀敏 申请人:上海理工大学