[发明专利]用于检测辐射束中的电磁场分量的强度分布的装置

说明书

本发明涉及一种用于检测辐射束中的电磁场分量的强度分布的装置。根据本发明，通过组合高分辨率二维强度传感器阵列(1)和场矢量检测器阵列(2)来解决本发明所解决的问题，场矢量检测器阵列包括具有用于两个横向场矢量分量和纵向场矢量分量E_x、E_y、E_z的单独的检测器结构(211、212、213)的不同区(22、23、24)，其中，具有作为纳米结构的不同顶端(33、44)的检测器结构(211、212、213)金属套形尖端(3、4)被设计为使用单独的检测器结构(211、212、213)的局部局域等离激元共振(LPR)和由LPR激发的局域表面等离激元(LSP)，以用于根据场矢量分量E_x、E_y、E_z的场分布的偏振选择，以及被设计为借助于表面等离极化激元(SPP)和波导(WGM)将场分布传输到相关联的传感器元件(11)。

技术领域

本发明涉及一种用于检测辐射束中的电磁场分量的强度分布的装置，尤其是用于选择性测量场矢量分布以评估辐射源的束质量的装置或用于分析与评估光学器件和其他光学元件的点扩散函数(PSF)或调制传递函数(MTF)的装置。

作为电磁波的光的特征在于其矢量场，该矢量场又可以由空间中的三个(笛卡尔)分量以及其振幅和相位来限定。从现有技术中已知，通过用标准光电检测器或强度传感器阵列(例如，CCD、CMOS、FPA等)测量强度分布来分析在限定的束横截面内的电磁辐射束。在要检测侧向场矢量分量(通常称为x分量和y分量，其中在z方向上进行束传播)的情况下，使用正交取向的偏振器或偏振分束器来分离矢量场的各个侧向分量。然而，根据矢量分量的分离仅在x方向和y方向上是可能的。在每种情况下，在辐射束中的测量点之前，用于相位测量的干涉仪在每个偏振方向的分离辐射束中与相同辐射源的参考光束耦合。然而，对于每个矢量分量，仅强度的振幅测量或相位测量是可能的，或者需要进一步减小强度的分束器。

现有技术中，V.Gruev等人(“CCD polarization imaging sensor with aluminumnanowire optical filters(具有铝纳米线光学滤波器的CCD偏振成像传感器)”[Opt.Express 18 18(2010)19087-19094])描述了使用基于具有微偏振滤波器阵列的单片制造的CCD阵列的传感器，其中每个单独的微偏振器都包括(具有约70nm直径和140nm间隔的)铝纳米线，用于记录光束的侧向场矢量分量。这种微偏振图像传感器的空间分辨率受到CCD传感器的像素间距(在所使用的CCD中为7.5μm)的限制。此外，在经由传感器阵列的最大透射和最小透射之间存在消光比，该消光比取决于入射光的波长和入射角。该比率从0°入射角处的约58％减小到17°入射角处的约8.5％。对于大于20°的入射角，由于相邻传感器元件之间的串扰，偏振信息甚至完全消失。这里的缺点在于，在这种小入射角的情况下，所公开的传感器阵列不适用于高度聚焦的辐射束，并且由于缺乏纵向偏振测量，所公开的传感器阵列只能测量横向偏振分量。

此外，从近场扫描光学显微镜(NSOM)中已知，以各种几何形状和结构来影响光的偏振态。为此，A.S.Lapchuk等人在他们的技术文章“Near-field optical microscopeworking on TEM wave(工作在TEM波上的近场光学显微镜)”(Ultramicroscopy 99[2004]143-157)中提出了一种NSOM探针，该NSOM探针在电介质锥体的表面上配备有新月形金属条(所谓的微带探针)，并且示出了该微带探针可以由具有垂直于金属条的电场偏振的横向电磁波激发，在探针尖端(顶端)处增强的场可以用于限定的照明模式。

这种解决方案的缺点在于，它不能用于根据偏振方向进行分辨的记录，因为光不仅在探针尖端(顶端)处被捕获，而且在沿着锥体的外侧表面的微带之间的狭缝处被捕获，因此，偏振方向的决定性的空间选择性分辨率被损失或者显著恶化。此外，不可能测量纵向方向上的偏振。