[发明专利]一种基于荧光成像的有源聚合物平面波导传播常数测量仪

摘要

本发明公开了一种基于荧光成像的有源聚合物平面波导传播常数测量仪，主要是利用高数值孔径显微物镜搭建荧光成像装置，入射激光经高数值孔径油浸显微物镜聚焦照射到有源聚合物薄膜，激发掺杂于薄膜中的有源物质使其发射荧光；激发出来的荧光可耦合为传输于平面波导中的导波。导波在传播过程中，部分光能量将沿着一些特定角度从波导一侧泄露辐射到远场，并被同一物镜收集成像于CCD图像传感器。这些特定角度及辐射出来的荧光光场分布与导波的传播常数相关联，而它们均反应在CCD所记录的荧光像上，因此可以通过荧光像推导出平面波导中各种导波的传播常数。本发明结构简单紧凑，空间分辨率高，适合于有源聚合物平面波导传播常数的实时监测与快速测量。

主权项

一种基于荧光成像的有源聚合物平面波导传播常数测量仪，其特征在于：其包括：激光光源(1)，扩束透镜组(2)，分束镜(3)，高数值孔径油浸显微物镜(4)，折射率匹配油(5)，有源聚合物平面波导，滤光片(9)，凸透镜(10)和CCD图像传感器(11)；其中，有源聚合物平面波导由玻璃基底(6)，金属薄膜(7)，有源物质聚合物薄膜(8)以及上方空气层构成的四层结构，其制备过程为：在玻璃基底(6)上蒸镀或溅射金属薄膜(7)，并在金属薄膜(7)上旋涂有源物质掺杂的聚合物溶液，形成有源物质聚合物薄膜(8)，其中，有源物质为荧光分子；激光光源(1)所发射激光，通过扩束透镜组(2)扩束后经分束镜(3)，高数值孔径油浸显微物镜(4)，折射率匹配油(5)，以宽角度范围聚焦辐照在聚合物薄膜(8)上，聚合物薄膜中的荧光分子受激辐射荧光，荧光耦合成传输于平面波导中的导波；在某些特定角度下，传输的导波的部分能量从玻璃基底一侧泄露辐射出波导结构，经显微镜(4)收集，通过分束镜(3)、滤光片(9)及凸透镜(10)在CCD图像传感器(13)上呈现出不同半径大小的亮环，这些特定角度与后焦面光学像上的亮环半径一一对应，同时与波导结构中存在的各种模式传播常数的实部一一对应，通过分析荧光像中亮环的半径及已知的显微物镜数值孔径，计算出导模传播常数的实部；通过后焦面上的反射光场光学像计算获得传播常数的虚部，其拟合计算步骤如下：读取图像，记录其中沿着直径方向的荧光强度分布曲线，并用洛伦兹型曲线对其拟合，求出直径方向上荧光强度分布曲线的半高宽，计算出传播长度；它对应于导模传播常数的虚部。