[发明专利]基于波长扫描的古斯汉欣位移的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种导波光学领域的测量系统，具体是一种基于波长扫描的古斯汉欣位移的测量系统，用于精密测量领域。

背景技术

近几年，不同结构中的古斯汉欣位移理论和实验研究取得了长足的进步。同时，这种古斯汉欣效应已经开始在传感器领域得到了应用。由于基于古斯汉欣效应的溶液浓度传感器的灵敏度较光波导传感器高一到两个数量级，表现了很好的优越性和应用前景，因此古斯汉欣位移的测量就显得越加重要。人们对古斯汉欣位移的研究大多集中在理论上，研究的不多，其中一个主要原因就是这个位移很小，通常只有波长的数量级，在单次反射的光学实验中很难观察到。早期的研究采用的方法是多次反射法和微波测量法。最近在光学领域出现了利用位置灵敏探测器进行测量的单次反射实验。

经对现有技术的文献检索发现，Gilles等人在《OPTICS LETTERS》(光学快报)Vol.27(2002)pp 1421-1423上发表的“Simple technique for measuringthe  Goos-Hnchen effect with polarization modulation and aposition-sensitive detector”(使用偏振调制和位置灵敏探测器实现测量古斯汉欣效应的简单技术)一文中，首次提出并实现了用位置灵敏探测器测量古斯汉欣位移。该测量系统由激光器，信号发生器，电光调制器，可调节角度的转台，位置灵敏探测器，信号处理电路和示波器组成。利用在介质全反射的临界共振角附近古斯汉欣位移的大小与光束的偏振态有关，将10kHz频率的方波交流信号加在普科尔晶体两端的电极上。通过调整电压的偏移量和调制深度，使得通过电光调制器输出光恰好出现TE和TM偏振的交替变化。光入射到棱镜与空气斜面上并被全反射。全反射发生在等腰直角棱镜的45度角斜边上。棱镜角度的调节通过转台控制。反射光打在位置灵敏探测器的灵敏区。位置灵敏探测器两端感应到的电流信号通过电压电流转换在示波器上显示。电压信号的差值与TE偏振和TM偏振的古斯汉欣位移的差值成正比。这样，通过测出位置灵敏探测器两端的电压信号，就可得到一定的入射角度下TE和TM偏振的古斯汉欣位移之差。Yin等人在《APPLIED PHYSICS LETTERS》(应用物理快报)Vol.89(2006)pp 261108发表的“Goos-Hnchen shift surface plasmon resonance sensor”(基于古斯汉欣位移的表面等离子振荡传感器)一文利用这种测试方法实现了一种新型的浓度传感器。虽然该测试方法实现了在光频中直接测量单次反射的古斯汉欣位移，但是这种测试方法存在如下缺点：首先，它只能测试TE和TM极化下古斯汉欣位移的差值，假如古斯汉欣位移对偏振态不敏感，这种测试方法就无能为力；其次，信号处理后的电压值在示波器上显示，不能实时读出位移值，必须再进行相应的计算；此外，这种方法通过角度扫描测量古斯汉欣位移，这样每一次改变入射角，都要相应改变位置灵敏探测器的位置，使得出射光正好打在位置灵敏探测器的中心，操作起来不方便，而且容易出现误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于波长扫描的古斯汉欣位移的测量系统，使其可以测量光波导结构由于共振增强产生的古斯汉欣位移。这种系统具有操作简单、准确可靠、快速测量等特性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：可调谐激光器、偏振器、分束镜、小孔、倍角转台、测量探测器、位置灵敏探测器，螺旋测微计调节支架、调节支架、信号放大电路、电气控制箱、波长计、光学平板、计算机。可调谐激光器、偏振器、分束镜、小孔按照顺序固定在调节支架上，并保持等高共轴，光轴指向波导待测样品的中心，调节支架再固定在光学平板上，倍角转台平放在光学平板上，波导待测样品则放在倍角转台的内转台上，测量探测器一般为硅光电池，将它固定在倍角转台的外转台上，位置灵敏探测器焊接在一块面包板上，然后固定在带螺旋测微计的调节支架上，调节支架再固定在光学平板上，位置灵敏探测器两端的电流信号通过电线连接到信号放大电路，经放大后的电压值和测量探测器同时通过数据线与电气控制箱及计算机相连，把探测到的光强信号及两路电压信号放大处理后经过A/D卡输入计算机处理，波长计通过串口连接到计算机上。