[发明专利]可控小光程差干涉系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光束的分光干涉系统，特别是对宽带光，例如荧光的干涉系统，属于光学领域。

背景技术

干涉是一种在信息记录和精密测量中常用的光学技术。由于激光的高相干性，激光相干技术已经有很好的发展和应用。然而，对于宽带光这种弱相干光，目前还难以得到对比度高的干涉图案。主要原因是宽带宽引起的相干长度短。两束光干涉的一个关键点是，光程差要小于所用光源的相干长度。所述的光程差，是指两束光干涉之前在真空中传播的路程之差。所述的相干长度由光源的中心波长λ和带宽Δλ决定，为λ²/Δλ。对于激光这种窄带光，由于Δλ很小，相干长度很长(通常为几十厘米)，易实现干涉。但是对于带宽有几十纳米的宽带光来讲，相干长度通常在微米量级，这时需要在微米量级精确控制两束光的光程差使之小于相干长度，才能观察到干涉。

常用的宽带光干涉方法是把一束光分成两束后，让两束光在不同路径上分开传播一定路程后，再耦合到一起观察干涉情况[Quantitative FRET measurement by high-speed fluorescence excitation and emission spectrometer，Vol.18，No.18，OPTICS EXPRESS]。这种方法的光路调节部分复杂，首先需要人工调节两个路径的光程差到毫米甚至更高的精度，再借助精密螺旋杆或PZT等器件来精确调节两束光的光程差。尽管可以借助精密器件，但是人工调节时，由于看不见干涉条纹，很难知道是否调节正确，所以人工调节部分有相当大的难度。

Joseph Rosen提出的通过空间光调制器把一束光分成两束光[Non-scanning motionless fluorescence three-dimensional holographic microscopy，Nature Photonics，VOL 2，2008]，并让它们在同一路径上传播的方法可以实现较小的光程差，去除了高难度的人工调节部分。但是这种方法的特点是空间光调制器同时模拟一个透镜和一面平面反射镜，一束光是球面波，另一束参考光是平面波。由于这时的光程差还不是足够小且不能灵活控制，通常要求透镜的焦距很大或者光敏探测器只能在距离球面波焦面很远(几百毫米)的位置记录干涉图案。当宽带光，例如在生物学中普遍用到的荧光，是一种弱信号时，大焦距引起的长距离传播会减弱信号强度。且球面波在焦面处的强度最强，在距离焦面较远的地方探测，信号强度被进一步减弱。

由上可知，需要一种光程差小且可控的干涉系统来满足各种带宽的光源干涉。

发明内容

为了克服现有干涉系统光程差不是足够小和不能灵活控制的不足，本发明打破了传统的用平面波作为参考光的思想，利用球面波作为参考光(另一束光也是球面波)，提供了一种易于实现宽带光干涉的光学系统，系统的特征是光程差小且可控，系统是基于空间光调制器分光实现。

空间光调制器分光是通过同时模拟两个性质一样的器件(如两个透镜)，把一束入射光分成两束，且它们在同一路径上传播，因此不再需要耦合器件将两束光耦合到一起。本发明的特点在分光部分，分光时把一束光分成两束性质一样的光束，如两束球面波，实现小的光程差；通过设置其中一束光的特征参数，可以灵活的控制光程差的大小，实现两束光之间的干涉。

为了实现本发明的技术效果，本发明提供的可控小光程差干涉系统，包括空间光调制器、光敏探测器和光收集部分，光收集部分收集的光束入射到空间光调制器上，空间光调制器同时模拟两个性质类似或相同的器件将光束分成两束光，两束光在光敏探测器上的光程差小于相干长度，进而形成干涉图案并被光敏探测器记录。

优选地，上述空间光调制器模拟的为两个透镜。

优选地，上述两个透镜焦距分别为f1和f2，两束光是两束球面波，两束球面波分别汇聚到两个点A和B。

优选地，当上述入射光为平面波时，点A和B与所述空间光调制器之间的距离分别是焦距f1和f2。

优选地，上述系统还包括电脑，所述空间光调制器为相位型，模拟的为两个透镜，空间光调制器的相位信息为：