一种基于空间成像系统的高精度光斑测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于空间成像系统的高精度光斑测试系统及方法，系统包括：宽谱光源、光纤、光源聚焦透镜、科勒透镜、分束器、高倍率物镜、样品、六轴载物台、傅里叶透镜、可变光阑、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机、计算机。测试时将样品放置在高精度六轴载台上，首先利用宽谱照明光对样品成反射实像的方法寻找出光口，然后再通过傅里叶成像将样品自身发光光斑的远场像投射到相机上，最后对图像进行数据处理得到样品光斑发散角后推算出光斑尺寸。本发明专利技术广泛适用于微米尺度的发光元件的光斑测量，如光纤、激光器、光芯片等，测量误差在5％以内，且测试波长可覆盖可见光至近红外波段。至近红外波段。至近红外波段。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间成像系统的高精度光斑测试系统及方法


[0001]本专利技术属于光学及光通信
，具体涉及一种于空间成像系统的高精度光斑测试系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，5G通信的发展带动了光通信技术快速升级，挑战也随之而来，尤其是在能耗性能比方面矛盾突出。光通信中，一部分能量损耗来源于光交换界面处。这是由于光在不同材料介质中的模场大小不同，使得出射光斑在能量交换时模式不匹配，一部分光变成杂散光，导致耦合效率低，进而增加了系统能耗并降低通信的信噪比。如果能够精确测量结构的出射光斑将会对通过工程设计进一步提高光界面的耦合效率有极大的帮助。但在现有技术中，出射光斑的大小很难精确获取，究其缘由，通常由两方面原因造成：
[0003]一方面，设计的结构出射光斑与制备得到的结构出射光斑因为材料、工艺、环境等原因存在差异。
[0004]另一方面，实际的出射光斑尺寸与出射端面的尺寸没有直接关系，这就意味着仅仅通过观察近场光斑和端面无法确定出射光斑的精确尺寸。而目前尚缺乏精确的测量方案。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于空间成像系统的高精度光斑测试系统及方法，广泛适用于测量微米尺度的发光元件的光斑尺寸。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于空间成像系统的高精度光斑测试方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，选择合适的参数
[0009]选择参数满足2f
O
tan(sin<br/>‑1NA)f
C
/f
F
&lt;L
X
,2f
O
tan(sin
‑1NA)f
C
/f
F
&lt;L
Y
的高倍率物镜、傅里叶透镜和成像透镜，其中，f
O
为高倍率物镜的等效焦距，NA为高倍率物镜的数值孔径，f
C
为成像透镜的焦距，f
F
为傅里叶透镜的焦距，L
X
为CCD相机的水平尺寸，L
Y
为CCD相机的竖直尺寸，使物镜后焦面像最大直径限制在CCD接收范围内；实像放大倍率(f
C
·
f
F
)/(f
I
·
f
O
)使得待测样品通过放大后在CCD上的投影面积小于CCD面积；
[0010]步骤2，安装并校准测试系统
[0011]当系统包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：
[0012]搭建测试系统，光纤与光源连接，光源聚焦透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴载物台设置在分束器的反射光路上，傅里叶透镜、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机由近及远依次设置在分束器的透射光路上，CCD相机与计算机连接；将银制反射镜装载到六轴载物台，光路方向按照光纤、光源聚焦透镜、分束器、高倍率物镜、银制反射镜、高倍率物镜、分束器、傅里叶透镜、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机的顺序；调整载物台与物镜间距使计算机呈现图
像为反射镜表面聚焦图像；移除二次聚焦透镜；调整可变中性密度滤光片，使计算机得到的图像亮度最大值接近饱和；记录图像并测量图像亮度1/e2处水平方向和垂直方向的宽度分别为X1像素和Y1像素；
[0013]当系统不包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：
[0014]搭建测试系统，此时不设置傅里叶透镜；将光纤与光源连接，光源聚焦透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴载物台设置在分束器的反射光路上，成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机由近及远依次设置在分束器的透射光路上，CCD相机与计算机连接；将银制反射镜装载到六轴载物台，光路方向按照光纤、光源聚焦透镜、分束器、高倍率物镜、银制反射镜、高倍率物镜、分束器、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机的顺序；调整载物台与物镜间距使计算机呈现图像为反射镜表面聚焦图像；将傅里叶透镜添加至分束器与成像透镜之间；调整可变中性密度滤光片，使计算机得到的图像亮度最大值接近饱和；记录图像并测量图像亮度1/e2处水平方向和垂直方向的宽度分别为X1像素和Y1像素；
[0015]步骤3，测试样品
[0016]当系统包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：
[0017]将待测样品装载到样品台，搭建测试系统，将光纤与光源连接，光源聚焦透镜、科勒透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴载物台设置在分束器的反射光路上，傅里叶透镜、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机由近及远依次设置在分束器的透射光路上，可变光阑设置在傅里叶透镜、二次聚焦透镜之间，光路穿过可变光阑上的孔隙，CCD相机与计算机连接；光路方向按照光纤、光源聚焦透镜、科勒透镜、分束器、高倍率物镜、待测样品、高倍率物镜、分束器、傅里叶透镜、可变光阑、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机的顺序；调整载物台与物镜间距使计算机呈现图像为样品表面反射实像图像；通过反射实像图定位样品出光部位附近；使样品自发光，移除光路中的分束器，光路方向变为待测样品、高倍率物镜、傅里叶透镜、可变光阑、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机；进一步移动样品使CCD相机所见光斑位置居中并且聚焦；改变可变光阑大小使成像范围局限至仅光斑附近；移除二次聚焦透镜，调整可变中性密度滤光片，使计算机得到的图像亮度最大值与校准图像相同；记录图像并测量图像亮度1/e2处水平方向和垂直方向的宽度分别为X2像素和Y2像素；
[0018]当系统不包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：
[0019]将待测样品装载到样品台，此时不设置傅里叶透镜；将光纤与光源连接，光源聚焦透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴载物台设置在分束器的反射光路上，成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机由近及远依次设置在分束器的透射光路上，CCD相机与计算机连接；光路方向按照光纤、光源聚焦透镜、分束器、高倍率物镜、待测样品、高倍率物镜、分束器、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机的顺序；调整载物台与物镜间距使计算机呈现图像为样品表面反射实像图像；通过反射实像图定位样品出光部位附近；使样品自发光，移除光路中的分束器，光路方向变为待测样品、高倍率物镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机；进一步移动样品使CCD相机所见光斑位置居中并且聚焦；将傅里叶透镜添加至分束器与成像透镜之间；调整可变中性密度滤光片，使计算机得到的图像亮度最大值与校准图像相同；记录图像并测量图像亮度1/e2处水平方向和
垂直方向的宽度分别为X2像素和Y2像素；
[0020]步骤4，数据处理
[0021]通过比较校本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间成像系统的高精度光斑测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，选择合适的参数选择参数满足2f
O
tan(sin
‑1NA)f
C
/f
F
&lt;L
X
,2f
O
tan(sin
‑1NA)f
C
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的高倍率物镜、傅里叶透镜和成像透镜，其中，f
O
为高倍率物镜的等效焦距，NA为高倍率物镜的数值孔径，f
C
为成像透镜的焦距，f
F
为傅里叶透镜的焦距，L
X
为CCD相机的水平尺寸，L
Y
为CCD相机的竖直尺寸，使物镜后焦面像最大直径限制在CCD接收范围内；实像放大倍率(f
C
·
f
F
)/(f
I
·
f
O
)使得待测样品通过放大后在CCD上的投影面积小于CCD面积；步骤2，安装并校准测试系统当系统包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：搭建测试系统，将光纤与光源连接，光源聚焦透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴载物台设置在分束器的反射光路上，傅里叶透镜、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机由近及远依次设置在分束器的透射光路上，CCD相机与计算机连接；将银制反射镜装载到六轴载物台，光路方向按照光纤、光源聚焦透镜、分束器、高倍率物镜、银制反射镜、高倍率物镜、分束器、傅里叶透镜、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机的顺序；调整载物台与物镜间距使计算机呈现图像为反射镜表面聚焦图像；移除二次聚焦透镜；调整可变中性密度滤光片，使计算机得到的图像亮度最大值接近饱和；记录图像并测量图像亮度1/e2处水平方向和垂直方向的宽度分别为X1像素和Y1像素；当系统不包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：搭建测试系统，此时不设置傅里叶透镜；将光纤与光源连接，光源聚焦透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴载物台设置在分束器的反射光路上，成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机由近及远依次设置在分束器的透射光路上，CCD相机与计算机连接；将银制反射镜装载到六轴载物台，光路方向按照光纤、光源聚焦透镜、分束器、高倍率物镜、银制反射镜、高倍率物镜、分束器、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机的顺序；调整载物台与物镜间距使计算机呈现图像为反射镜表面聚焦图像；将傅里叶透镜添加至分束器与成像透镜之间；调整可变中性密度滤光片，使计算机得到的图像亮度最大值接近饱和；记录图像并测量图像亮度1/e2处水平方向和垂直方向的宽度分别为X1像素和Y1像素；步骤3，测试样品当系统包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：将待测样品装载到样品台，搭建测试系统，将光纤与光源连接，光源聚焦透镜、科勒透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴载物台设置在分束器的反射光路上，傅里叶透镜、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机由近及远依次设置在分束器的透射光路上，可变光阑设置在傅里叶透镜、二次聚焦透镜之间，光路穿过可变光阑上的孔隙，CCD相机与计算机连接；光路方向按照光纤、光源聚焦透镜、科勒透镜、分束器、高倍率物镜、待测样品、高倍率物镜、分束器、傅里叶透镜、可变光阑、二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机的顺序；调整载物台与物镜间距使计算机呈现图像为样品表面反射实像图像；通过反射实像图定位样品出光部位附近；使样品自发光，移除光路中的分束器，光路方向变为待测样品、高倍率物镜、傅里叶透镜、可变光阑、
二次聚焦透镜、成像透镜、可变中性密度滤光片、CCD相机；进一步移动样品使CCD相机所见光斑位置居中并且聚焦；改变可变光阑大小使成像范围局限至仅光斑附近；移除二次聚焦透镜，调整可变中性密度滤光片，使计算机得到的图像亮度最大值与校准图像相同；记录图像并测量图像亮度1/e2处水平方向和垂直方向的宽度分别为X2像素和Y2像素；当系统不包含科勒透镜、可变光阑、二次聚焦透镜时，包括如下过程：将待测样品装载到样品台，此时不设置傅里叶透镜；将光纤与光源连接，光源聚焦透镜、分束器由近到远依次设置在光纤引入的光路上，高倍率物镜和六轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力锋，胡紫阳，颜扬捷，
申请(专利权)人：江苏铌奥光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：