[发明专利]用于4f相位相干成像系统的相位光阑

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件，尤其是一种能提高4f相位相干成像系统测量精度的相位光阑。

背景技术

随着光通信和光信息处理等领域技术的飞速发展，非线性光子学材料研究日益重要。光学逻辑、光学记忆、光三极管、光开关和相位复共轭等功能的实现主要依赖于非线性光子学材料的研究进展。光学非线性测量技术是研究非线性光子学材料的关键技术之一。其中4f相位相干成像系统(G.Boudebs and S.Cherukulappurath，“Nonlinear optical measurements using a 4f coherentimaging system with phase object”，Phys.Rev.A，69，053813(1996))就是近年来提出的一种测量材料非线性折射的新方法。

4f相位相干成像法是一种光束畸变的测量方法，这种方法是在4f系统物平面上放置一个相位光阑，将待测的非线性物体放置在傅里叶平面上，而在出射面上用CCD相机接收出射激光脉冲图像的方法。这种方法可以利用单脉冲同时测量非线性折射系数的大小和符号。现有技术中，采用的相位光阑是在一个圆形光阑的中心制作一个面积更小圆形的相位物体，通过相位物体的光比其它地方的光有一个π/2的相位延迟。当被测材料的非线性折射率为正的时候，CCD接收到的非线性图像由于正相衬的原因，在相位物体的位置强度比周围增强。相反的，当被测材料的非线性这折射率为负的时候，非线性图像的相位物体的位置的强度比周围要弱。

4f相位相干成像法虽然巧妙地利用相位光阑来实现了非线性折射率的大小和符号的测量，但是仍然存在检测灵敏度的问题。如何在同样的入射光强度下，增加检测的灵敏度，是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是，提供一种改进的相位光阑，用于4f相位相干成像系统，通过结构的改进，使得测量精度得以提高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于4f相位相干成像系统的相位光阑，光阑本体由外围的环状透光带和中央的相位物体构成，所述相位物体分成两部分，其中一部分与环状透光带的相位差为2mπ+π/2，另一部分与环状透光带的相位差为2nπ-π/2，式中，m，n为整数。

产生上述技术方案的思路主要是：假如将相位光阑中的相位物体的位相延迟变为-π/2，那么对于具有正的非线性折射的材料，实验中将产生一个负的相衬，即非线性图像中相位物体的位置的强度将减小；而对于负非线性折射率的材料，非线性图像中相位物体位置的强度将增加。如果对于同一个非线性材料能够同时实现正负两种相衬，那么灵敏度就会增加。由此，为了充分发挥相位物体的相衬作用，考虑设计出一种相位光阑，该相位光阑能够对待测非线性样品同时产生正相衬和负相衬，使得测量精度得以提高。

优选的技术方案是，所述相位物体的两部分为相邻的两个半圆形相位物体。

进一步的技术方案，所述光阑本体为圆形光阑，其中心镀有圆形的透明介质薄膜，构成所述相位物体，其中，圆形透明介质薄膜由两个厚度不等的半圆构成，其厚度设定满足半圆与所述外围的环状透光带的相位差的要求。

一般地，所述两部分相位物体的相位差分别为π/2和-π/2。由于光波的位相是以2π为周期的，因此，增加或减少2π的整数倍并不会影响实验结果。

上述技术方案中，通过将原来的圆形的统一相位延迟π/2的相位物体改进成有两个半圆形相位物体，使得其中一个半圆形相位物体产生π/2相位延迟，而另外一个半圆形相位物体产生-π/2的相位延迟。对于非线性折射率为正的样品，在非线性图像中相位延迟为π/2的区域由于正相衬强度增强，而相位延迟为-π/2的区域由于负相衬强度减小。用改进后的两个半圆形相位光阑产生的非线性图像中的强度的增加和减小与改进前的圆形的相位光阑在相同强度入射光的情况下产生的非线性图像中相位光阑区域的强度的增强或减小几乎相等。这样的话就使得系统的测量精度得以提高。

利用4f相位相干成像系统进行非线性折射率的测量分两部分进行，即非线性测量和能量校准。非线性测量的具体步骤为：

(1)取走待测样品，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为无样品图像。

(2)将待测样品放置在傅里叶平面，将中性衰减片放置在非线性样品之前，使得照射到样品上的光强降低到线性区域，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为线性图像。

(3)将待测样品放置在傅里叶平面，将先前采集线性图像是使用的中性衰减片移到样品之后，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为非线性图像。