[发明专利]一种光场相位探测器的制作方法

说明书

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Moire effect)，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：

(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)近场光耦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1∶99到99∶1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：

1)基于光波相干原理，本发明利用光纤束的近场耦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。