光场强度检测系统和方法技术方案

本发明专利技术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。

A Method and Method for Measuring Light Field Intensity

【技术实现步骤摘要】
光场强度检测系统和方法
本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种光场强度检测系统和方法。
技术介绍
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-fieldScanningOpticalMicroscopy,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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提供的技术方案为：一种光场强度检测系统，包括：待测光场产生装置，所述待测光场产生装置用于产生待测光场；分离装置，所述分离装置包括介质颗粒和波导薄膜，所述待测光场依次经过介质颗粒和波导薄膜，介质颗粒产生散射光实现待测光场的响应，波导薄膜对散射光中的电场信号和磁场信号进行分离，其中，所述介质颗粒同时具有电偶共振和磁偶共振，所述波导薄膜同时支持横电波模式和横磁波模式；以及检测装置，所述检测装置用于采集所述电场信号和所述磁场信号，并且生成相应的电场强度分布图和磁场强度分布图。其中，所述待测光场产生装置包括激光器和物镜，所述激光器产生的激光经过物镜。其中，所述待测光场产生装置还包括偏振片和反射镜，所述激光器产生的激光依次经过偏振片、反射镜以及物镜。其中，所述介质颗粒为硅颗粒。其中，所述波导薄膜为从上至下依次层叠的介质薄膜、金属薄膜以及玻璃基底。其中，所述检测装置包括第一检测组件和第二检测组件，所述第一检测组件用于采集电场信号或者磁场信号，并且生成相应的电场强度分布图或者磁场强度分布图；所述第二检测组件用于采集所述磁场信号或者电场信号，并且生成相应的磁场强度分布图或者电场强度分布图。其中，所述第一检测组件包括第一分束器、第一圆形挡板、光阑、第一透镜以及第一光电倍增管，所述第一分束器对分离装置射出的待测光场进行分束，使分束后的待测光场经过第一圆形挡板和光阑，输出磁场信号或者电场信号，磁场信号或者电场信号经过第一透镜进行会聚，并且使会聚后的磁场信号或者电场信号通过第一光电倍增管进行采集，从而生成相应的磁场强度分布图或者电场强度分布图；其中，当获得磁场信号时，所述磁场信号的直径小于电场信号的直径，所述第一圆形挡板的直径小于磁场信号的直径，所述光阑的孔径和磁场信号的直径相等；当获得电场信号时，所述电场信号的直径小于磁场信号的直径，所述第一圆形挡板的直径小于电场信号的直径，所述光阑的孔径和电场信号的直径相等。其中，所述第二检测组件包括第二分束器、第二圆形挡板、第二透镜以及第二光电倍增管，所述第二分束器对分离装置射出的待测光场进行分束，使分束后的待测光场经过第二圆形挡板，获得电场信号或者磁场信号，电场信号或者磁场信号经过第二透镜进行会聚，并且使会聚后的电场信号或者磁场信号通过第二光电倍增管进行采集，从而生成相应的电场强度分布图或者磁场强度分布图；其中，当获得电场信号时，所述电场信号的直径大于磁场信号的直径，所述第二圆形挡板的直径大于磁场信号的直径，并且小于电场信号的直径；当获得磁场信号时，所述磁场信号的直径大于电场信号的直径，所述第二圆形挡板的直径大于电场信号的直径，并且小于磁场信号的直径。其中，所述检测装置还包括第三检测组件，所述第三检测组件用于检测介质颗粒和待测光场的对齐程度。本专利技术提供的另一技术方案为：一种光场强度检测方法，包括：获取待测光场相匹配的介质颗粒的直径，其中，所述介质颗粒同时具有电偶共振和磁偶共振；获取待测光场相匹配的波导薄膜的厚度，其中，所述波导薄膜同时支持横电波模式和横磁波模式；控制待测光场依次经过介质颗粒和波导薄膜，从而分离待测光场中的电场信号和磁场信号；采集所述电场信号和所述磁场信号，并且生成相应的电场强度分布图和磁场强度分布图。本专利技术的有益效果为：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。附图说明为了更清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光场强度检测系统，其特征在于，包括：待测光场产生装置，所述待测光场产生装置用于产生待测光场；分离装置，所述分离装置包括介质颗粒和波导薄膜，所述待测光场依次经过介质颗粒和波导薄膜，介质颗粒产生散射光实现待测光场的响应，波导薄膜对散射光中的电场信号和磁场信号进行分离，其中，所述介质颗粒同时具有电偶共振和磁偶共振，所述波导薄膜同时支持横电波模式和横磁波模式；以及检测装置，所述检测装置用于采集所述电场信号和所述磁场信号，并且生成相应的电场强度分布图和磁场强度分布图。

【技术特征摘要】
1.一种光场强度检测系统，其特征在于，包括：待测光场产生装置，所述待测光场产生装置用于产生待测光场；分离装置，所述分离装置包括介质颗粒和波导薄膜，所述待测光场依次经过介质颗粒和波导薄膜，介质颗粒产生散射光实现待测光场的响应，波导薄膜对散射光中的电场信号和磁场信号进行分离，其中，所述介质颗粒同时具有电偶共振和磁偶共振，所述波导薄膜同时支持横电波模式和横磁波模式；以及检测装置，所述检测装置用于采集所述电场信号和所述磁场信号，并且生成相应的电场强度分布图和磁场强度分布图。2.根据权利要求1所述的光场强度检测系统，其特征在于，所述待测光场产生装置包括激光器和物镜，所述激光器产生的激光经过物镜。3.根据权利要求2所述的光场强度检测系统，其特征在于，所述待测光场产生装置还包括偏振片和反射镜，所述激光器产生的激光依次经过偏振片、反射镜以及物镜。4.根据权利要求1所述的光场强度检测系统，其特征在于，所述介质颗粒为硅颗粒。5.根据权利要求1所述的光场强度检测系统，其特征在于，所述波导薄膜为从上至下依次层叠的介质薄膜、金属薄膜以及玻璃基底基底。6.根据权利要求1所述的光场强度检测系统，其特征在于，所述检测装置包括第一检测组件和第二检测组件，所述第一检测组件用于采集电场信号或者磁场信号，并且生成相应的电场强度分布图或者磁场强度分布图；所述第二检测组件用于采集所述磁场信号或者电场信号，并且生成相应的磁场强度分布图或者电场强度分布图。7.根据权利要求6所述的光场强度检测系统，其特征在于，所述第一检测组件包括第一分束器、第一圆形挡板、光阑、第一透镜以及第一光电倍增管，所述第一分束器对分离装置射出的待测光场进行分束，使分束后的待测光场经过第一圆形挡板和光阑，输出磁场信号或者电场信号，磁场信号或者电场信号经过第一透镜进行会聚，并且使会...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨爱萍，杜路平，孟繁斐，袁小聪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44