专利名称：可控小光程差干涉系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー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：
干渉是ー种在信息记录和精密測量中常用的光学技木。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。两束光干渉的一个关键点是，光程差要小于所用光源的相干长度。所述的光程差，是指两束光干渉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Λ λ决定，为λ2/Λ λ。对于激光这种窄带光，由于△ λ很小，相干长度很长(通常为几十厘米)，易实现干渉。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，才能观察到干渉。常用的宽带光干渉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，再稱合到一起观察干涉情况[Quantitative FRET measurement byhigh-speed iluorescence excitation ana 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-scanningmotionless fluorescence three-dimensional holographic microscopy, NaturePhotonics, 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，另一束參考光是平面波。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測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，是ー种弱信号吋，大焦距引起的长距离传播会减弱信号強度。且球面波在焦面处的强度最強，在距离焦面较远的地方探測，信号強度被进ー步减弱。由上可知，需要一种光程差小且可控的干渉系统来满足各种带宽的光源干渉。
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參考光的思想，利用球面波作为參考光(另一束光也是球面波)，提供了ー种易于实现宽带光干渉的光学系统，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ー样的器件(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ー样的光束，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參数，可以灵活的控制光程差的大小，实现两束光之间的干渉。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、光敏探測器和光收集部分，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，两束光在光敏探測器上的光程差小于相干长度，进而形成干渉图案并被光敏探測器记录。
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fl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吋，点A和B与所述空间光调制器之间的距离分别是焦距fl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
权利要求
1.一种可控小光程差干涉系统，包括空间光调制器(2)、光敏探测器(5)和光收集部分(6)，其特征在于所述光收集部分(6)收集的光束(I)入射到空间光调制器(2)上，空间光调制器⑵同时模拟两个性质类似或相同的器件将光束⑴分成两束光(3、4)，两束光(3、4)在光敏探测器(5)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(5)记录。
2.如权利要求I所述的可控小光程差干涉系统，其特征在于所述空间光调制器(2)模拟的为两个透镜。
3.如权利要求I所述的可控小光程差干涉系统，其特征在于所述空间光调制器(2)模拟的为两个光栅。
4.如权利要求2所述的可控小光程差干涉系统，其特征在于所述两个透镜焦距分别为fl和f2，两束光(3、4)是两束球面波，两束球面波分别汇聚到两个点A和B。
5.如权利要求4所述的可控小光程差干涉系统，其特征在于当所述入射光(I)为平面波时，点A和B与所述空间光调制器(2)之间的距离分别是焦距f I和f2。
6.—种如权利要求1-5之一所述的可控小光程差干涉系统的使用方法,其特征在于所述系统还包括电脑(7)，所述空间光调制器(2)为相位型，模拟的为两个透镜，空间光调制器⑵的相位信息为 ￠ = angle\exp 吾(x/+j/) +exp 吾(x/+j/) J( I ) 其中exp[ik(xs2+ys2)/(2f)]是焦距为f的透镜的函数，表示相位，angle表示取复数的相角，exp表示指数函数，k是波数，fl和f2分别是两个透镜的焦距，xs和ys是空间光调制器平面的坐标。
7.如权利要求6所述的使用方法，其特征在于在所述电脑(7)中根据公式(I)计算出相位且根据空间光调制器的相位调制函数 g = fO)(2) 把相位信息转换成灰度信息输入空间光调制器中，即可同时产生两个焦距分别为fl和f2的透镜。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于所述两束光在光敏探测器(5)上的最大光程差为 其中，当 d ≤ 2flf2/(fl+f2)时，HO = min{fl, f2}, f20 = max{fl, f2};其他情况下f 10 = max {f I, f2}, f20 = min {f I, f2} ;(1是空间光调制器(2)与光敏探测器(5)之间的距离，Ls是空间光调制器的半尺寸，fl和f2的定义与式(I)相同。
9.如权利要求8所述的使用方法，其特征在于所述两束光在光敏探测器(5)上的最大光程差为Al，其中Al与d以及两个特征参数fl和f2有关，固定d和其中一个特征参数的取值，改变另一个特征参数的取值，可以改变最大光程差，进而影响光敏探测器(5)观察到的干涉图案的对比度。
全文摘要
本发明是一种可控小光程差干涉系统，主要由四部分组成，包括光收集部分，实现分光的空间光调制器，向空间光调制器传输控制信息的电脑和记录干涉图案的光敏器件。光收集部分把收集到的光入射到空间光调制器上，电脑控制空间光调制器把入射光分成两部分光，光敏器件记录两部分光的干涉图案。本发明的主要特征是分光时空间光调制器同时模拟两个性质一样的器件，使得两束光之间的光程差小。通过改变其中一个器件的参数，灵活控制两束光之间光程差的大小。
文档编号G02B27/10GK102662237SQ20121011866
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者曾绍群, 赖小敏, 骆清铭 申请人:华中科技大学