[发明专利]一种自适应的空间光场合成系统

说明书

技术领域

本发明属于微纳光子器件制备控制工程领域，是一种基于空间光调制器的自适应的空间光场合成系统。

背景技术

在微纳光子器件制备技术中，空间域光场合成技术的一种重要应用是通过多光束干涉，使得光场强度分布的空间分辨率达到微米与亚微米量级，并使用光敏材料记录所建立的光场分布，这种应用技术被称为全息印刷制备技术。它被广泛应用于布拉格反射镜、光子晶体与集成光子器件的制备。我国的多个科研院所与大专院校在全息印刷制备的理论与实验研究方面也取得了一些优异成果。

目前，微纳光子器件制备方法主要有以下几类：(1)化学自组织生长法，(2)逐点微加工法、(3)光学全息印刷术与(4)多步骤组合法。这些方法各有优缺点，化学自组织生长法能够制作大面积均匀的微纳结构，制作费用低，但一般只可以制作结构简单的光子晶体，而不能精确制作各种不同功能和结构的微纳光子器件。逐点微加工法包括电子束刻蚀，离子束刻蚀，双光子吸收光刻与激光直写等技术，该方法可以精确制作各种三维微纳结构，但是制作费用高，制作周期长，而且很难制作大面积的材料。光学全息印刷术具有无缺陷，大体积，成本低，效率高，品质好的优点，却仅仅局限于简单的周期微纳结构的材料制备。随着加工步骤的不断增多，加工成本更高，精确度也随之下降。对于意义更为重大的功能性微纳光子器件的制备，当前尚无简单实用的制备方法。如果能够结合空间复杂光场的合成技术，将光场合成模块化，建立常规的周期模块和特殊的缺陷模块，并很好的对两个模块进行重叠组合，可望将光学全息印刷制备技术扩展其制备功能性光子晶体的能力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种效率高且易于操作的自适应的空间光场合成系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种自适应的空间光场合成系统，其包括光学系统及计算机反馈控制系统，该光学系统用于将多束平行相干光经过一液晶空间光调制器后汇聚干涉，并将干涉光传输给计算机反馈控制系统，该计算机反馈控制系统用于采集干涉光场分布图，并产生目标光场分布图与收集到的干涉光场分布图进行运算比较，根据运算比较结果反馈控制液晶空间光调制器的液晶电压。

该计算机反馈控制系统通过直接二元搜索算法、模拟退火算法或遗传算法运算目标光场分布图与干涉光场分布图的比较结果，并反馈控制在液晶电压上。

该光学系统包括探测光源、小孔光阑及掩膜板，该探测光源发射出一束探测光，经过小孔光阑后扩束，再经过掩膜板后变为多束平行相干光。

该小孔光阑包括并排的两个凸透镜及设于两个凸透镜之间的针孔。

多束平行相干光经过液晶空间光调制器后通过一凸透镜汇聚干涉。该探测光源为Ne-He探测光。

该计算机反馈控制系统包括用于采集干涉光并形成干涉光场分布图的CMOS或CCD及产生目标光场分布图、将目标光场分布图与干涉光场分布图进行运算比较的计算机系统。

该系统还包括激光调制层，由光学系统发出的多束平行相干光经过液晶空间光调制器后汇聚干涉，干涉光经过激光调制层并在其上调制出光场分布的物质分布结构，该光学系统还通过一探测光源向激光调制层发出探测光并经过物质分布结构调制后形成衍射光，并由计算机反馈控制系统采集后与目标光场分布图进行运算比较，将比较结果反馈控制在液晶电压上，调整激光调制层光场分布的物质分布结构。

该光学系统包括Ar⁺激光源、小孔光阑及掩膜板，该Ar⁺激光源发射出一束激光，经过小孔光阑后扩束，再经过掩膜板后变为多束平行相干光，该探测光源为Ne-He探测光。该激光调制层为光折变材料层或激光增益材料层。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明利用控制算法对液晶空间光调制器进行实时反馈控制，合成出特定的目标光场分布，相比较现有技术的控制方法，本发明效率更高且易于操作，可应用于微纳光子器件的设计，提高样品的制作速度，以及制备具有新型功能的微纳光电子器件。

附图说明

图1为本发明自适应的空间光场合成系统的结构原理图；

图2为本发明自适应的空间光场合成系统的应用的结构原理图。

具体实施方式

本发明的核心问题，就是合成微纳光子器件制备所需的空间光强分布，以便后续在光敏材料中记录这种空间图案，并通过后续工艺，精确而快速地制备功能性微纳光子器件。