[发明专利]随机波长计有效

专利信息
申请号: 201480059458.2 申请日: 2014-10-29
公开(公告)号: CN105705922B 公开(公告)日: 2020-04-14
发明(设计)人: K·德拉起亚;M·马济卢;K·梅茨格 申请(专利权)人: 圣安德鲁斯大学董事会
主分类号: G01J9/02 分类号: G01J9/02;G01J4/00;G01J3/02;H01S5/0687;G01J1/42
代理公司: 北京润平知识产权代理有限公司 11283 代理人: 顾问;肖冰滨
地址: 英国圣*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 随机 波长
【说明书】:

一种光学系统,包括:随机化装置,其具有多个随机定位的散射体,以用于对光进行散射并由此使光随机化以生成散斑;以及检测器,其用于检测散斑以便确定光的至少一个属性和/或确定光的至少一个属性的变化。

技术领域

发明涉及一种诸如波长计(wavelength meter)的光学系统,例如光谱仪或干涉仪,以及一种用于选择波长的方法。

背景技术

通过与时间相关的无序或随机介质的光的传播通常被看作光场的随机化过程,该随机化过程会破坏在原始光束中的所有信息。然而,在静态随机介质中传播的相干光束产生出确定性的散斑(speckle pattern),同时维持其最初的在空间和时间上的相干性。这种特性在若干种新颖的光学设备的设计中被充分利用,例如利用计算机生成的全息图建立焦斑,捕陷微粒和协调一致处理等离子纳米结构。

对基于与时间相关的无序或随机介质的设备而言,关键的是,在传输通过随机介质时光场的信息内容被保留。因此,静态波阵面随机化过程能够被用于检测光场在散射之前的状态。

在光子学领域,波长计的使用是无处不在的。此类设备的微型化是非常有利的。多模光纤可被用于建立波阵面随机化,从而作为光谱仪,正如在B.Redding、S.M.Popoff和H.Cao在Opt.Express 21,6584(2013年)中发表的文章以及B.Redding和H.Cao在Opt.Lett.37,3384(2012年)中发表的文章所描述的那样。然而,要实现在两个相邻激光线之间8pm的分辨率将需要20m长的无扰动光纤,这实际上很难实现。此外,已被单独确认的是,光谱偏振测量可使用随机介质的传输矩阵来实现,见T.W.Kohlgraf-Owens和A.Dogariu在Opt.Lett.35,2236(2010年)中发表的文章。

芯片实验室(Lab-on-a-chip)的应用需要小型的集成波长检测器。实现这一点的一种方法是使得光传播通过周期性结构,比如由特制的光子晶体构成的超棱镜。此种晶体的光色散能够在1.5μm的波长下实现0.4nm的分辨率。然而,这些设备依靠平面外(out-of-plane)检测和自由空间传播,因此不是完全集成到芯片上(on-chip)的设备。

发明内容

根据本发明,提出了一种光学系统或仪器,该光学系统或仪器包括:随机化装置,其包含被随机定位的微粒,以用于使光随机化以提供散斑;以及检测器,其用于对被随机化的光进行检测和分析,以确定光的一个或多个属性。优选地,该随机化装置是透射性的。

光的一个或多个属性能够选自:波长、偏振、相干性以及光束形状参数。

所述系统或仪器可以是波长计或光谱仪或干涉仪。

优选地,随机化装置包括薄的层或膜。该薄的层或膜的厚度可以小于100μm,并且理想的小于50μm。

本发明提出了一种波阵面混合过程,其充当广义的干涉仪,提供对于每个不同的入射光束而言不同的散斑。这种属性能够用于例如同时测量拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian)光束的方位模(azimuthal mode)和径向模。相同的方法可用于测量光场的其他关键属性,比如极化状态或波长。

随机化装置可包括随机定位的微粒(例如铝微粒)的膜的层,其导致散斑形成。

随机化装置可包括在基体(matrix)中悬浮的随机定位的微粒。基体可包括块体材料(bulk material)或者可以是薄的平面层。

随机化装置可包括随机定位的微粒(例如铝微粒)的层。随机化装置可包括生物材料的层或薄片,比如生物组织的薄片。随机化装置可被提供为薄的膜,其能够定位在光源前或定位在从光源引出的光路上。

随机化装置可以放置在光学共振腔,例如法布里-珀罗腔中。

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