CN102735620A - 近场光谱关联成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种光谱关联的近场成像装置，由光源、分光器、光源滤波器、偏振旋转器、四分之一波片、分光器、光源聚光镜、光纤、探针耦合座、探针、反射镜、检偏器、光谱滤波器、光谱收集镜、内光路摄谱仪、光电接收器、数据收集处理器、信号收集器、样品工作台、扫描控制器构成，本发明装置的优点可提高近场探测的高分辨率，整个装置全部固化、结构简单、容易操作。
Description
技术领域：
本发明是一种利用近场的光谱关联成像、探测及加工的装置。主要用来按照可控制方式进行微观和介观领域的成像、探测及加工的系统。
背景技术：
已有技术中佛瑞(F.Ferri)等人在“微分鬼成像”(Differntial GhostImaging)文中论述了加一路光束阵列探测成像的机理，即强度关联成像提高成像分辨率和质量，微观和介观领域的成像和探测中没有实用的装置。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有强度关联的近场成像装置，利用电磁场在近场区同时存在横场和纵场的特点，利用辅助光路通过经典热光源非局域鬼成像，实现强度关联的近场成像装置。该装置应具有成像分辨率高的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种强度关联的近场成像装置，其特点是该装置依光传播方向为序依次包括：光源、分光器、光源滤波器、偏振旋转器、四分之一波片、分光器、光源聚光镜、光纤、探针耦合座、探针、反射镜、检偏器、光谱滤波器、光谱收集镜、内光路摄谱仪、光电接收器、数据收集处理器、信号收集器、样品工作台、扫描控制器、光电阵列接收器；内光路摄谱仪中包括：光线入射窗口、滤波元件、分光元件、反射镜、光电接收器(16)固定架、分光元件(13)补偿元件；
上述的光源是激光二极管、或其它激光器加旋转毛玻璃、或其它发光光源及反射、或透射光源等。
上述的分光器是二向色片、或半透半反镜等。
上述的光源滤波器是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
上述的偏振旋转器是线偏振片、或单轴晶体、或双轴晶体、或渥拉斯顿镜、或光学镀膜偏振器等。
上述的四分之一波片是单轴晶体、或双轴晶体、或芯膜波片、或薄膜波片。
上述的分光器是光子晶体、或光栅、或棱镜、或法布里珀罗干涉仪等。
上述的光源聚光镜是光学透镜、或双凸聚光透镜、或平凸聚光透镜等。
上述的光纤是玻璃单模光纤、或玻璃多模光纤、或双包层玻璃光纤、或石英单模光纤、或石英多模光纤、或双包层石英光纤等。
上述的探针耦合座是金属的、或硬塑等。
上述的探针是光纤探针、或金属探针、或金刚石探针等、探针的形状是园锥体、或是三锥形的、其锥角分别60°、120°、60°、探针中间是中空，或是实心。
上述的反射镜是镀膜平面反射镜、或凹面反射镜等。
上述的检偏器是晶体偏振片、或镀偏振膜镜片、或尼克尔镜、或渥拉斯顿镜。
上述的光谱滤波器是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
上述的光谱收集镜是镀增透膜的透镜、或汇聚透明度高的硬质塑料等。
上述的内光路摄谱仪是由光线入射窗口、或滤波元件、或分光元件、或反射镜、或光电接收器固定架、或分光元件补偿元件组成的等。
上述的入射窗口是平面玻璃、或平面石英等。
上述的滤波元件是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
上述的分光元件是光栅、或长周期光纤光栅，或中空管、或液晶光栅、或电——光偏振器、或晶格布拉格光纤光栅、或平面零位光栅、或全息网格光栅、或全息光栅太阳膜、(全息光栅树脂夹层透光玻璃——用已经制成的带有全息或光栅浮雕的交联型分子结构的树脂的透明玻璃上，镀一层由一定装饰图案组成的金属膜，再用一块平板玻璃，在其中间加一层树脂层，采用加热加压的工艺方法，即形成全息光栅夹树脂透光玻璃.)或可调全息光栅、或布拉格压力光栅、或非热的光波导光栅、或压缩调谐的布拉格光栅、或无热变化光纤光栅、或三维相移光栅、或超声光栅、或倾斜型短周期光栅、或二进制编码组合光栅等。
上述的反射镜是平面镀膜反射、或凹面镀膜反射镜等。
上述的光电接收器固定架是金属的、或硬质塑料等。
上述的分光元件补偿元件是光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
上述的光电接收器是法拉第筒、或多通道光电耦合板、或微通道雪崩光电二极管、或前照式雪崩二极管、或光电二极管阵列、或新型硅PN结光电二极管等。
上述的数据收集处理器是计算机、或信息处理终端、或控制芯片内存信息处理器、或实时信息处理器、或密码处理器等。
上述的信号收集器是光信号探针及CCD，光信号探针及二极管列阵探测器，或光信号探针及光电二极管，或光信号探针及光电倍增管，或光信号探针及多通道板，或光信号探针及示波器，或光信号探针及计算机，或光信号探针及使用装置等。
上述的样品工作台是金属材料、或硬质塑料等。
上述的扫描控制器是芯片控制电路、或旋转控制电路器、或精密移动集成电路控制器等。
上述的光电阵列接收器是CCD二极管列阵探测器，或光电二极管排列，或光电倍增管排列，或多通道板，或示波器，或计算机，或使用装置等。
本发明的近场光谱关联成像装置的优点：
1、探针与样品非接触，保证样品不会被损坏；
2、适用工作物质多，固体、液体和气体，导体及介质；
3、可用于集成光学系统中；
4、成像真实性好；
5、突破衍射极限，测量及成像分辨率高；
6、动态测试，时间分辨率高，可观察微观动态过程；
7、探测小于仪器分辨率的样品的光谱是可能的；
8、比常规光学装置获得更多的物体信息；
9、具有光镊功能，即可作为光镊使用；
10、反向控制样品可进行微加工。
附图说明：
图1是本发明近场光谱关联成像装置最佳实施例结构示意图。
图2是本发明近场光谱关联成像装置中内光路摄谱仪(15)最佳实施例结构示意图。
图中：
1、光源
2、分光器
3、光源滤波器
4、偏振旋转器
5、四分之一波片
6、分光器
7、光源聚光镜
8、光纤
9、探针耦合座
10、探针
11、反射镜
12、检偏器
13、光谱滤波器
14、光谱收集镜
15、内光路摄谱仪
16、光电接收器
17、数据收集处理器
18、信号收集器
19、样品工作台
20、扫描控制器
21、光电阵列接收器
1501、光线入射窗口
1502、滤波元件
1503、分光元件
1504、反射镜
1505、光电接收器固定架
1506、分光元件的补偿元件
具体实施方式
先请参阅图1，图1是本发明近场光谱关联成像装置最佳实施例结构示意图，由图可见，本发明近场光谱关联成像装置，包括，最核心的元件为探针10，探针元件10被固定在探针耦合座9上，并与光纤8紧密相连，光纤8之前与光源聚光镜7耦合，偏振旋转器4与四分之一波片5及分光器6分别依次置于光源滤波器3和光源聚光镜7之间，分光器2位于光源1和光源滤波器3之间，信号收集器18位于样品工作台19的斜上方，反射镜11位于信号收集器18之后，检偏器12和光谱滤波器13及光谱收集镜14分别依次位于反射镜11和内光路摄谱仪15之间，光路摄谱仪15之后是光电接收器16，光电接收器16之后连着数据收集处理器17，光电阵列接收器21在另一光路中的分光器2和光电阵列接收器17之间，扫描控制器20连接样品工作台19和探针耦合座9。
所说的光源1是以光纤激光器构成的，激光二极管、或其它激光器加旋转毛玻璃、或其它发光光源及反射、或透射光源等。光源1发射的光入射到半透半反分光器2上，光源1发出的光保证具有强度起伏的特点，为后面强度关联成像给出必要条件。
所说的分光器2是二向色片、或半透半反镜等。
所说的光源滤波器3是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
所说的偏振旋转器4是线偏振片、或单轴晶体、或双轴晶体、或渥拉斯顿镜、或光学镀膜偏振器等。
所说的四分之一波片5是单轴晶体、或双轴晶体、或芯膜波片、或薄膜波片。
所说的分光器6是光子晶体、或光栅、或棱镜、或法布里珀罗干涉仪等。
所说的光源聚光镜7是光学透镜、或双凸聚光透镜、或平凸聚光透镜等。
所说的光纤8是玻璃单模光纤、或玻璃多模光纤、或双包层玻璃光纤、或石英单模光纤、或石英多模光纤、或双包层石英光纤等。
所说的探针耦合座9是金属的、或硬塑等。
所说的探针10是光纤探针、或金属探针、或金刚石探针等、探针的形状是园锥体、或是三锥形的、其锥角分别60°、120°、60°、探针中间是中空，或是实心。
所说的反射镜11是镀膜平面反射镜、或凹面反射镜等。
所说的检偏器12是晶体偏振片、或镀偏振膜镜片、或尼克尔镜、或渥拉斯顿镜。
所说的光谱滤波器13是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
所说的光谱收集镜14是镀增透膜的透镜、或汇聚透明度高的硬质塑料等。
所说的内光路摄谱仪15是由光线入射窗口、或滤波元件、或分光元件、或反射镜、或光电接收器固定架、或分光元件补偿元件组成的等。
所说的入射窗口1501是平面玻璃、或平面石英等。
所说的滤波元件1502是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
所说的分光元件1503是光栅、或长周期光纤光栅，或中空管、或液晶光栅、或电——光偏振器、或晶格布拉格光纤光栅、或平面零位光栅、或全息网格光栅、或全息光栅太阳膜、(全息光栅树脂夹层透光玻璃——用已经制成的带有全息或光栅浮雕的交联型分子结构的树脂的透明玻璃上，镀一层由一定装饰图案组成的金属膜，再用一块平板玻璃，在其中间加一层树脂层，采用加热加压的工艺方法，即形成全息光栅夹树脂透光玻璃.)或可调全息光栅、或布拉格压力光栅、或非热的光波导光栅、或压缩调谐的布拉格光栅、或无热变化光纤光栅、或三维相移光栅、或超声光栅、或倾斜型短周期光栅、或二进制编码组合光栅等。
所说的反射镜1504是平面镀膜反射、或凹面镀膜反射镜等。
所说的光电接收器固定架1505是金属的、或硬质塑料等。
所说的分光元件的补偿元件1506是光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器等。
所说的光电接收器16是法拉第筒、或多通道光电耦合板、或微通道雪崩光电二极管、或前照式雪崩二极管、或光电二极管阵列、或新型硅PN结光电二极管等。
所说的数据收集处理器17是计算机、或信息处理终端、或控制芯片内存信息处理器、或实时信息处理器、或密码处理器等。
所说的信号收集器18是光信号探针及CCD，光信号探针及二极管列阵探测器，或光信号探针及光电二极管，或光信号探针及光电倍增管，或光信号探针及多通道板，或光信号探针及示波器，或光信号探针及计算机，或光信号探针及使用装置等。
所说的样品工作台19是金属材料、或硬质塑料等。
所说的扫描控制器20是芯片控制电路、或旋转控制电路器、或精密移动集成电路控制器等。
所说的光电阵列接收器21是CCD二极管列阵探测器，或光电二极管排列，或光电倍增管排列，或多通道板，或示波器，或计算机，或使用装置等。
本发明近场光谱关联成像装置的工作过程是：
当光源(1)发射出光后经分光器2分光之后，分成两路光即物光路IO和参考光路IR，物光光路IO中光线经光源滤波器3、偏振旋转器4、四分之一波片5、和分光器6及、光源聚光镜7耦合到光纤8再传输到探针10照明样品工作台19上的样品，探针10直径尺寸小于波长照到样品上时将产生含有超分辨信息的隐失场的电磁波，信号收集器18中的光信号探针将收集到样品工作台19上样品与物光光路IO中光线相互作用在波长范围内产生的含有超分辨信息的隐失场转变为行波场经反射镜11及检偏器12、光谱滤波器13、和光谱收集器14传输到内光路摄谱仪15分出所需要成像的光谱被光电接收器16接收送到数据收集处理器17中；另一路参考光路IR光线经分光器2分光后被光电阵列接收器21接收送到数据收集处理器17与物光路IO中带有样品隐失场的信息进行强度关联计算成像及测量数据处理。
在图1所示的装置中，激光光源1用固体激光器带旋转毛玻璃作光源，同时输出的光波长在800nm，输出功率1W。探针选用石英光纤，样品用波导。测出相邻波导线距离为30nm。
Claims (10)
1.一种近场光谱关联成像装置，其特征在于该装置包括光源(1)、分光器(2)、光源滤波器(3)、偏振旋转器(4)、四分之一波片(5)、分光器(6)、光源聚光镜(7)、光纤(8)、探针耦合座(9)、探针(10)、反射镜(11)、检偏器(12)、光谱滤波器(13)、光谱收集镜(14)、内光路摄谱仪(15)、滤波元件(1502)、分光元件(1503)、光电接收器(16)、数据收集处理器(17)、信号收集器(18)、样品工作台(19)、扫描控制器(20)、光电阵列接收器(21)，其位置关系是：光源1、分光器2、光源滤波器3、偏振旋转器4、四分之一波片5、分光器6、光源聚光镜7、光纤8、探针耦合座9、探针10、其位置关系是：信号收集器18、反射镜11、检偏器12、光谱滤波器13、光谱收集镜14、内光路摄谱仪15、光电接收器16、数据收集处理器17，其位置关系是：样品工作台19、扫描控制器20，光电阵列接收器21、数据收集处理器17，其位置关系是：光源(1)发射出光后经分光器(2)分光之后，分成两路光即物光路IO和参考光路IR，物光光路IO中光线经光源滤波器(3)、偏振旋转器(4)、四分之一波片(5)、分光器(6)、光源聚光镜(7)耦合到光纤(8)再传输到探针(10)照明样品工作台(19)上的样品，探针(10)直径尺寸小于波长照到样品上时将产生含有超分辨信息的隐失场的电磁波，信号收集器(18)中的光信号探针将收集到样品工作台(19)上样品与物光光路IO中光线相互作用在波长范围内产生的含有超分辨信息的隐失场转变为行波场经反射镜(11)、检偏器(12)、光谱滤波器(13)、光谱收集器(14)传输到内光路摄谱仪(15)分出所需要成像的光谱被光电接收器(16)接收送到数据收集处理器(17)中；另一路参考光路IR光线经分光器(2)分光后被光电阵列接收器(21)接收送到数据收集处理器(17)与物光路IO中带有样品隐失场的信息进行强度关联计算成像及测量数据处理。
2.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的光源(1)可采用光纤固体激光器、或半导体激光器、或其他固态激光器，或其它发光光源、或反射光光源。
3.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的光源滤波器(3)和(13)是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器。
4.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的光纤(8)是玻璃单模光纤、或玻璃多模光纤、或双包层玻璃光纤、或石英单模光纤、或石英多模光纤、或双包层石英光纤。
5.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的探针(10)是光纤探针、或金属探针、或金刚石探针、探针的形状是园锥体、或是三锥形的、其锥角分别60°、120°、60°、探针中间是中空，或是实心。
6.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的滤波元件(1502)是小孔、或光子晶体滤波器、或光学群组滤波器、或单模光纤滤波器、或补偿色偏光滤波器、或电光滤波器、或微机械可调光学滤波器、或介电体超晶格光学滤波器、或啁啾光纤光栅滤波器、或微光纤环形结谐振腔滤波器、或声光可调谐滤波器、或非周期光学超晶格多波长滤波器、或液晶光子晶体滤波器、或电光滤波器、或超分辨复振幅光瞳滤波器、或可调谐法布里——珀罗滤波器、或可调谐光纤滤波器、或表面等离子体激元可调谐光学谐振环滤波器、或电可调光学滤波器、或级联式光子滤波器。
7.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的分光元件(1503)是光栅、或长周期光纤光栅，或中空管、或液晶光栅、或电——光偏振器、或晶格布拉格光纤光栅、或平面零位光栅、或全息网格光栅、或全息光栅太阳膜、(全息光栅树脂夹层透光玻璃——用已经制成的带有全息或光栅浮雕的交联型分子结构的树脂的透明玻璃上，镀一层由一定装饰图案组成的金属膜，再用一块平板玻璃，在其中间加一层树脂层，采用加热加压的工艺方法，即形成全息光栅夹树脂透光玻璃.)或可调全息光栅、或布拉格压力光栅、或非热的光波导光栅、或压缩调谐的布拉格光栅、或无热变化光纤光栅、或三维相移光栅、或超声光栅、或倾斜型短周期光栅、或二进制编码组合光栅。
8.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的信号收集器18是光信号探针及CCD，光信号探针及二极管列阵探测器，或光信号探针及光电二极管，或光信号探针及光电倍增管，或光信号探针及多通道板，或光信号探针及示波器，或光信号探针及计算机，或光信号探针及使用装置。
9.根据权利要求1述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的扫描控制器20是芯片控制电路、或旋转控制电路器、或精密移动集成电路控制器等。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9述的近场光谱关联成像装置，其特征在于所述的据收集处理器17是计算机、或信息处理终端、或控制芯片内存信息处理器、或实时信息处理器、或密码处理器、或其它使用装置。
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| CN2011100900980A CN102735620A (zh) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | 近场光谱关联成像装置 |
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