[发明专利]光场强度检测系统和方法

说明书

本发明涉及一种光场强度检测系统和方法，光场强度检测系统包括待测光场产生装置、分离装置以及检测装置。首先，通过介质颗粒对待测光场进行散射，从而实现电场分量和磁场分量的同步表征；然后，通过波导薄膜对散射光中的电场信号和磁场信号进行不同激发角度的辐射，从而对散射光中的电场信号和磁场信号进行分离；最后，采集电场信号和磁场信号，并且生成相应的电场强度分布图和磁场强度分布图。通过实现待测光场中的电场信号和磁场信号的同步表征，拓展了光场信息表征的维度，促进了人们对光场本质的认识，也提供了新的光场信息获取手段，因此，在纳米尺度下的光与物质相互作用以及超分辨信息处理等研究领域有十分重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种光场强度检测系统和方法。

背景技术

从1961年中国宣布第一台激光器研制成功至今，激光技术已在我国的众多领域广泛应用，并且迅速促进了“纳米技术”的诞生与发展。在当代，“纳米技术”和“信息时代”的结合，为信息的获取、存储进入纳米化提供了基础。为了满足纳米技术“更小”和“更快”的需求，对光提出了更高的要求，也迫使人们不断探索光的各种物理特性。然而光所蕴含的物理特性内涵犹如层层面纱，需要科学工作者不断去揭开。例如，光在信息的提取，从最初的波长的研究发展到对振幅、相位等研究，再到对光的偏振、角动量等研究，从而获取相应的信息。光在信息领域的应用维度逐步得到扩大。当然，将光作为一种信息工具，必须对光本身的物理特征有着充分的了解，才能够在信号获取方面提供理论上的依据。

研究纳米范围的光场信息需要依赖于光与物质相互作用，物质在光场中所表现出的物理特性，能够准确反映光场本身的物理特性。人们正是通过这种方式逐渐加深了对光场的认识。光场是电磁场，光场与物质的相互作用，既包含了电场与物质的相互作用，又包含了磁场与物质的相互作用，尤其是光的波长量级在纳米及以下的研究范围中，光场中的物质在电场和磁场共同的作用下经常会表现出不同的特性。但是，目前，大部分研究集中在电场特性及应用，这是因为大部分材料是电介质材料，其在光场中的磁场响应比较微弱，对磁场响应的忽略不会影响材料在应用起到的作用。另外，由于现有技术中的信号探测器只能对电场信号进行感应和提取，而无法对磁场信号进行表征。这两方面的原因造成了光场中磁场特性表征的缺失。现在，随着许多新的电磁中性材料和磁性材料的出现和应用，使得材料的研发和应用绕不开对其磁场特性的研究。

目前比较常用的光场表征工具是近场扫描光学显微镜(Near-field ScanningOptical Microscopy,NSOM)，NSOM所表征的对象是光场中的电场分量，其原理是通过近场探针将近场光场信息耦合到远场，在通过精确的反馈和扫描技术实现光场的表征。现有成熟的NSOM近场探针都是电介质材料，因此，它也只能实现光场中电场分量的表征。

有的研究提出，将NSOM近场探针进行特殊加工，使其能够对光场中的磁场做出响应，从而实现光场中磁场分量的表征。但是，不论针对电场分量还是磁场分量，目前的NSOM技术面临着诸多难点，其中，NSOM的近场探针是关键因素。近场探针的尺寸决定了成像分辨率，同时也决定了近场光场信号的响应强度。由于探针的尺寸必须设计在几十纳米的量级范围内，因此，导致输出的信号十分微弱，不仅影响了NSOM的成像质量，而且加大了NSOM的成像难度。因此，如何将微弱的信号光从背景光中提取出来是NSOM技术面临的挑战，为了解决这个问题往往需要引入其他的技术辅助，加大了NSOM的应用成本。

总的来说利用NSOM技术对光场中的电场和磁场分量的表征都面临诸多挑战，而且表征电场和磁场不能使用同一个近场探针，无法实现光场中的电场分量和磁场分量的同步表征。假设，可以实现光场中的电场分量和磁场分量的同步表征，但是，如何将光场中的电场信号和磁场信号进行分离又是另一个问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光场强度检测系统和方法，旨在解决现有技术中无法对光场中的电场分量和磁场分量同步成像的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：