[实用新型]一种利用光涡旋实现超瑞利极限的远场衍射成像装置

说明书

技术领域

本实用新型提供了一种利用光涡旋实现超瑞利极限的远场衍射成像装置，属于光测量与成像领域。

背景技术

根据几何光学，物体上的一个发光点经成像系统后得到的应是一个几何像点。而由于光的波动性，一个物点在成像系统像平面上得到的却是一个以几何像点为中心的衍射斑，即爱里斑。如果另一个物点也经该成像系统成像，则在像平面上产生另一个爱里斑。当两个物点相距较远时，两个爱里斑也相距较远，此时物点是可以分辨的。若两个物点相距很近，则两个爱里斑会重叠并混为一体，两个物点无法分辨。1897年瑞利提出的瑞利公式给出了关于成像系统的判据：当一个爱里斑的边缘与另一个爱里斑的中心正好重合时，两个物点刚好能被人眼或光学仪器所分辨。此判据称为瑞利判据。根据瑞利判据，光学系统存在着一个分辨极限。这就是瑞利极限。

具有螺旋相位结构的光场称为光涡旋。光涡旋具有轨道角动量，拥有一个独立的自由维度。因而光涡旋可以携带比非涡旋光更多的信息。2006年 F.Tamburini等人提出光涡旋可以提高光学系统对光源上空间点的分辨能力。 Swartzlander等人发现通过使用整数拓扑荷形式的光涡旋板，光学系统可以分辨的两个光源点的空间靠近程度可以比瑞利判据小。利用光涡旋实现超分辨成像成为光测量与成像的研究热点。但是目前利用光涡旋实现超瑞利极限成像的方法并不十分丰富。现有方法对待测光束的相干性有较高要求，且无法利用非整数形式的拓扑荷进行成像。这严重限制了光涡旋成像的使用范围，不利于光涡旋在光成像领域的应用。

发明内容

本实用新型专利的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种装置简单，且能够利用非整数拓扑荷实现超瑞利极限的远场衍射成像装置。本装置利用氦氖激光器1(1)产生强度稳定且波长为632.8nm的激光束经过偏振片1(3)、扩束器1(5)和凸透镜1(7)成为平行光束，并通过小孔2(11)射入移动分束器(12)的反射面；氦氖激光器2(2)产生强度稳定且波长为632.8nm的激光束，该光束经过偏振片2(4)，扩束器2(6)和凸透镜2(8)成为平行光束，并经平面反光镜(8) 反射后通过小孔1(10)，射入移动分束器(12)的透射面；从所述移动分束器(12) 的反射面和透射面入射的光束，从移动分束器(12)出射后进入分束器(13)，并被分成反射光束和透射光束；所述分束器(13)的反射光束进入CCD检测器2(17)；所述分束器(13)的透射光束进入叉形全息板(14)；所述叉形全息板(14)的出射光束通过凸透镜3(15)后射入CCD检测器1(16)；所述小孔1(10)和小孔2(11) 完全相同，且到叉形全息板(14)的光程相等；利用移动分束器(12)调节来自所述小孔2(11)的光束和来自所述小孔1(10)的光束的相对位置，使得：从所述移动分束器(12)经透射面出射的光束通过叉形全息板(14)的中心并被写入拓扑荷 L＝1的涡旋相位；从所述移动分束器(12)经反射面出射的光束偏离叉形全息板 (14)中心并被写入非整数拓扑荷的涡旋相位；所述CCD检测器2(17)记录的是瑞利极限下双小孔远场衍射成像图案；所述CCD检测器1(16)记录的是涡旋光束作用下的双小孔远场衍射成像图案；该图案是超瑞利极限的双小孔远场衍射成像图案。

附图说明

下面结合附图及实施方式对该实用新型作进一步说明。

图1是一种利用光涡旋实现超瑞利极限的远场衍射成像装置的示意图。

图中1.氦氖激光器1，2.氦氖激光器2，3.偏振片1，4.偏振片2，5.扩束器1，6.扩束器2，7.凸透镜1，8.凸透镜2，9.平面反光镜，10.小孔1，11. 小孔2，12.移动分束器，13.分束器，14.叉形全息板，15.凸透镜3，16.CCD检测器1，17.CCD检测器2。

具体实施方式

图1中一种利用光涡旋实现超瑞利极限的远场衍射成像装置的工作步骤如下：