一种测量倏逝波的测量装置的制作方法

本发明涉及表面非线性光学领域，具体涉及一种测量倏逝波的测量装置，适用于实验室内对纳米级倏逝波的相关观察、测量以及利用等。

背景技术：

当光从第一介质(折射率为n1)(如图1所示)射向第二介质(折射率为n2)，n1>n2，入射角为θ1，折射角为θ2，入射角θ1逐渐增大到临界角θc＝arcsinn2n1，再继续增大θ1使θ1>θc光线将全部被反射回到入射光所在的第一介质中，此时第二介质中完全没有折射光产生。这就是我们所熟知的光的全反射现象(图1所示)。当光在介质交界面发生全反射时，入射光能量被100％反射，故没有折射能量损失。

把另一种折射率为n3(n3>n2)的第三介质放在第二介质中(如图2所示)，使第三介质的表面与第一介质、第二介质的界面平行且相距距离d为波长λ的数量级，实验上的确在第三介质中测量到了透过第二介质进入第三介质的光波称为倏逝场或瞬逝场。这种当入射角θ1超过全反射临界角θc而光透过第二介质进入第三介质的现象，被称为光学隧穿效应。因为全反射时透射场和反射场受到第一介质和第三介质之间距离d的控制，因此人们也把这一现象称为“受抑全内反射”。光学隧穿现象具有广泛的理论和应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的是针对光学隧穿现象的观察以及利用问题，提供一种测量倏逝波的测量装置，能在实验室内观察、测量光学隧穿现象中的相关物理参量的成套实验装置。

一种测量倏逝波的测量装置，包括移动控制台，还包括设置在移动控制台上的固定底座和直线往复运动装置，固定底座上固定有第一直角棱镜，直线往复运动装置上固定有第二直角棱镜，第一直角棱镜的斜边棱面与第二直角棱镜的斜边棱面相对，直线往复运动装置能带动第二直角棱镜使得第二直角棱镜的斜边棱面远离或者靠近第一直角棱镜的斜边棱面，光源的出射光经过聚光透镜后形成入射光，入射光通过第二直角棱镜的其中一个直角边棱面入射到第二直角棱镜内后经第二直角棱镜的斜边棱面分别进行透射和反射形成透射光和反射光，反射光穿过第二直角棱镜的另一个直角边棱面后由第二光电探测器探测，透射光依次穿过第一直角棱镜的斜边棱面与第二直角棱镜的斜边棱面之间的间隙、第一直角棱镜的斜边棱面和第一直角棱镜的直角边棱面后由第一光电探测器探测，第一光电探测器经过锁相放大器与x-y函数记录仪连接，第二光电探测器与x-y函数记录仪连接。

如上所述的第一直角棱镜的斜边棱面和第二直角棱镜的斜边棱面均为平整度为1～2个光圈的球面。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

产生光学隧穿现象的部件由斜边棱面相对设置的第一直角棱镜和第二直角棱镜实现，第一直角棱镜和第二直角棱镜的材质用一般k9玻璃制作而成，直线往复运动装置精度高，最低能达到0.01mm精度的精密移动，第一光电探测器由一般光电倍增管来充当，观测结果由x-y函数记录仪显示出来。本实验装置可由现有实验室仪器搭建而成，无需另配置其他特殊观察、测量仪器，结构简单、造价低廉、易于维护。能在实验室内观察、测量光学隧穿现象中的相关物理参量。

附图说明

图1为反射光与透射光示意图。

图2为受抑全反射示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图中：1-光源；2-聚光透镜；3-第一直角棱镜；4-第二直角棱镜，5-第二光电探测器；6-第一光电探测器；7-锁相放大器；8-x-y函数记录仪；9-移动台小孔(直径1cm)；10-入射光；11-反射光；12-透射光；13-移动控制台；14-直线往复运动装置，15-固定底座。

具体实施方式

如图3所示，一种测量倏逝波的测量装置，包括移动控制台13，还包括设置在移动控制台13上的固定底座15和直线往复运动装置14，固定底座15上固定有第一直角棱镜3，直线往复运动装置14上固定有第二直角棱镜4，第一直角棱镜3的斜边棱面与第二直角棱镜4的斜边棱面相对，直线往复运动装置14能带动第二直角棱镜4使得第二直角棱镜4的斜边棱面远离或者靠近第一直角棱镜3的斜边棱面，光源1的出射光经过聚光透镜2后形成入射光，入射光通过第二直角棱镜4的其中一个直角边棱面入射到第二直角棱镜4内后经第二直角棱镜4的斜边棱面分别进行透射和反射形成透射光和反射光，反射光穿过第二直角棱镜4的另一个直角边棱面后由第二光电探测器5探测，透射光依次穿过第一直角棱镜3的斜边棱面与第二直角棱镜4的斜边棱面之间的间隙、第一直角棱镜3的斜边棱面和第一直角棱镜3的直角边棱面后由第一光电探测器6探测，第一光电探测器6经过锁相放大器7与x-y函数记录仪8连接，第二光电探测器5与x-y函数记录仪8连接。第一直角棱镜3的斜边棱面和第二直角棱镜4的斜边棱面均为平整度为1～2个光圈的球面。

光源1可采用氦氖激光器，主要产生光学隧穿现象的部件由斜边棱面相对设置的第一直角棱镜3和第二直角棱镜4实现，第一直角棱镜3的斜边棱面和第二直角棱镜4的斜边棱面之间为间隙，光源1发出的出射光经过聚光透镜2后垂直入射第二直角棱镜4的其中一个直角边棱面进入第二直角棱镜4内，在第二直角棱镜4的斜边棱面发生反射和透射形成反射光和透射光，反射光由第二直角棱镜4的另一直角边棱面出射，进入第二光电探测器5。透射光依次通过空隙，再通过第一直角棱镜3的斜边棱面进入第一直角棱镜3，再通过第一直角棱镜3的直角边棱面出射后进入第一光电探测器6，第一光电探测器5和第二光电探测器6置于精密可调的三维调节支架上，第一光电探测器6接锁相放大器7，锁相放大器7与x-y函数记录仪连接。为减小其他干扰，移动控制台放置在光学平台之上。

本发明的各个部件的基本参数及配置标准：

第一直角棱镜3和第二直角棱镜4：材质：k9玻璃；尺寸：10mm×10mm×3mm(直角边×直角边×厚度)；

直线往复运动装置14：行程精度不小于0.01mm；行程±12.5mm；

第一光电探测器6和第二光电探测器5：光电倍增管8倍增极及以上，阴极有效直径25mm以上，光谱响应推荐范围：300～650nm，峰值波长：430±20nm；

三维调节支架：三个方向调节精度不小于0.1mm；行程±6.5mm；

锁相放大器7：测量范围：10^-9～10^-7安培；

x-y函数记录仪：测量范围：100mv～100v，衰减倍率：0.01～1000倍，接口形式：rs232，数据输出：标准文本格式，曲线显示：同步显示在计算机屏幕上。

本发明装置可以有效观察、测量倏逝波透射率与入射光波长、入射角度、介质的厚度等因素之间的关系。

本发明中所描述的具体实施案例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种测量倏逝波的测量装置，包括移动控制台，还包括设置在移动控制台上的固定底座和直线往复运动装置，固定底座上固定有第一直角棱镜，直线往复运动装置上固定有第二直角棱镜，第一直角棱镜的斜边棱面与第二直角棱镜的斜边棱面相对，还包括光源、第一光电探测器探测、第二光电探测器、锁相放大器和X‑Y记录仪。本发明能在实验室内观察、测量光学隧穿现象中的相关物理参量，结构简单、造价低廉、易于维护。

技术研发人员：熊泽本;乞聪妮
受保护的技术使用者：荆楚理工学院
技术研发日：2018.01.23
技术公布日：2018.05.08