[发明专利]动量空间成像系统及其应用

说明书

本发明公开了一种动量空间成像系统及其应用。该动量空间成像系统至少包括下述部件：物镜、光学透镜A、光学透镜B和成像设备，光信号依次通过所述的物镜、所述的光学透镜A、所述的光学透镜B后由所述的成像设备接收。本发明的动量空间成像系统可用于测量和表征微纳光子学材料在动量空间中的光学信息，如带隙性质、能带结构、色散关系等。该系统可以实现显微区域样品的光学测量，最小测量范围可达1微米；还可以实现动量空间的观察测量。动量空间成像系统能够对样品的测量区域进行精确选择，并可进一步用于样品动量空间信息的选择与探测。

技术领域

本发明涉及空间成像技术领域，特别涉及一种动量空间成像系统及其应用。

背景技术

随着光学的不断发展，为了对光进行更好的调制和更深入的性质研究，人们设计制作出新的光学材料和结构，如光子晶体、表面等离子体激元、超构材料等，并逐渐发展出一个新学科——微纳光子学。微纳光子学材料通过可操控的结构设计，使人们对光的调控能力达到一个新的水平。该材料具有许多不同于传统均匀材料的光学性质，如非线性效应、拓扑特性、特殊的光输运特性等。

微纳光子学材料往往具有与作用波长相比拟的周期性结构，可微小化、集成化，在各类光电器件中具有广阔的应用前景。晶体中原子有序的排列分布对电子的运动具有调制作用。与之类似，微纳光子学材料中不同折射率材料的交替排列对电磁波的传播也具有调制作用，能够形成不同于自由空间中的光的色散关系、光子能带、光子带隙等特殊的光学性质。而这些性质都与其动量空间性质密切相关。

近年来，微纳光子学发展十分迅速，不断出现新的材料结构，发现新的光学现象，这也对相应的光学测量技术提出了新的要求。目前，市面上已有一些用于测量微纳光子学材料光学特性的专利技术，如光电探测设备、显微成像系统等。但这些技术仅能满足部分测量需求：

1、光电探测设备。光电探测设备由多个感光元件组成，感光元件可以将入射光信号转换为电信号，然后经过电路处理后产生图像信号。单独使用光电探测设备可以对宏观样品进行成像测量，然而，微纳光子学材料的尺寸通常属于介观（微米及亚微米尺度）范围，光电探测设备无法满足其所需要的微区测量要求。

2、显微成像技术。将光电探测设备与显微镜结合，利用显微镜的显微分辨能力和光电探测设备的成像能力，可以实现对小尺度微纳光子结构的成像探测。这种方法是在样品空间上而非在动量空间上进行分辨，无法得到微纳光子学材料诸如能带信息等重要的动量空间光学性质，因此具有一定的局限性。

本发明的动量空间成像系统可用于微纳光子学材料光学性质测量，且能够对介观尺度的微纳光子学材料进行光学分析测量，实现显微分辨和光学测量，并可以同时实现动量空间分辨，表征微纳光子学材料在全动量空间的光学性质，弥补相应的光学测量技术空缺。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种动量空间成像系统及其应用，所述系统可以通过多个光学元件实现样品实空间信息与动量空间信息之间的相互转化，利用光电探测设备进行动量空间的成像与测量。该系统可以对微纳光子学材料进行动量空间光学信息的探测与表征。

本发明采用如下技术方案实现上述目的：

本发明涉及一种动量空间成像系统，至少包括：物镜、光学透镜A、光学透镜B和成像设备，物镜、光学透镜A、光学透镜B与成像设备沿同一光轴布置，光信号依次通过所述的物镜、所述的光学透镜A、所述的光学透镜B后由所述的成像设备接收；

光学透镜A与物镜的后焦平面M0的距离d1满足以下条件：

光学透镜B与光学透镜A的距离d2满足以下条件：

其中，f_A表示光学透镜A的焦距；f_B表示光学透镜B的焦距；