本发明专利技术公开了一种用于4f相位相干成像系统的相位光阑，光阑本体由环状相位物体和环状相位物体内外两侧透光带构成，所述环状相位物体由两个半环形相位物体拼合而成，其中一个半环形相位物体与两侧透光带的相位差为，另一个半环形相位物体与两侧透光带的相位差为，式中，m，n为整数。本发明专利技术通过对相位光阑的结构改进，有效提高了4f相位相干成像法的检测灵敏度，同时降低了相位物体的加工难度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于4f相位相干成像系统的相位光阑，光阑本体由环状相位物体和环状相位物体内外两侧透光带构成，所述环状相位物体由两个半环形相位物体拼合而成，其中一个半环形相位物体与两侧透光带的相位差为，另一个半环形相位物体与两侧透光带的相位差为，式中，m，n为整数。本专利技术通过对相位光阑的结构改进，有效提高了4f相位相干成像法的检测灵敏度，同时降低了相位物体的加工难度。【专利说明】用于4f相位相干成像系统的相位光阑
本专利技术涉及一种光学元件，尤其是一种能提高4f相位相干成像系统测量精度的相位光阑。
技术介绍
随着光通信和光信息处理等领域技术的飞速发展，非线性光子学材料研究日益重要。光逻辑、光存储、光三极管、光开关等功能的实现主要依赖于非线性光子学材料的研究进展。介质光学非线性参数的测量技术是研究非线性光学材料的关键技术。4f相位相干成像系统 G.Boudebs and S.Cherukulappurath, “Nonlinear optical measurementsusing a 4f coherent imaging system with phase object”， Phys.Rev.A， 69， 053813(1996)就是近年来提出的一种测量材料非线性折射和吸收的新方法。4f相位相干成像法是一种光束畸变的测量方法，这种方法是在4f系统物平面上放置一个相位光阑，将待测的非线性物体放置在傅里叶平面上，而在出射面上用CCD相机接收出射激光脉冲图像的方法。这种方法可以利用单脉冲同时测量非线性折射系数的大小和符号。相位光阑是在一个圆形光阑的中心制作一个面积更小圆形的相位物体，通过相位物体的光比其它地方的光有一个π 2的相位延迟。当被测材料的非线性折射率为正的时候，CCD接收到的非线性图像由于正相衬的原因，在相位物体的位置强度比周围增强。相反的，当被测材料的非线性这折射率为负的时候，非线性图像的相位物体的位置的强度比周围要弱。4f相位相干成像法虽然巧妙的利用相位光阑来实现非线 性折射率的大小和符号的测量，但是仍然存在检测灵敏度的问题。中国专利CN100507612C公开了一种用于4f相位相干成像系统的相位光阑，光阑本体由外围的环状透光带和中央的相位物体构成，其特征在于:所述相位物体分成两部分，其中一部分与环状透光带的相位差为2w.T-1 2 ,另一部分与环状透光带的相位差为 ,式中，m, η为整数。上述专利对相位光阑的结构进行了改进，但灵敏度提高的不是很多，而且其中央的相位物体加工难度较大，因此如何在同样的入射光强度下，增加检测的灵敏度，同时降低中央的相位物体加工难度是本领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是提供一种改进的相位光阑，用于4f相位相干成像系统，通过对相位光阑结构的改进，使得在同样的入射光强度下，检测的灵敏度增加。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是:一种用于4f相位相干成像系统的相位光阑，光阑本体由环状相位物体和环状相位物体内外两侧透光带构成，所述环状相位物体由两个半环形相位物体拼合而成，其中一个半环形相位物体与两侧透光带的相位差为2ηντ—π 2,另一个半环形相位物体与两侧透光带的相位差为2η;τ-3!.++2,式中，m, η为整数。产生上述技术方案的主要思路是:假如将相位光阑中的相位物体的位相延迟变为3π/2,那么对于具有正的非线性折射的材料，实验中将产生一个负的相衬，即非线性图像中相位物体位置的强度将增加。如果对于同一个非线性材料能够同时实现正负两种相衬，那么灵敏度就会增加。由此，为了充分发挥相位物体的相衬作用，考虑设计出一种相位光阑，该相位光阑能够对待测非线性样品同时产生正相衬和负相衬，使得测量精度得以提高。进一步的技术方案，所述光阑本体为圆形薄片，其中心镀有环形的透明介质薄膜，构成所述相位物体，其中，环形透明介质薄膜由两个厚度不等的半环拼合而成，其厚度设定满足半环与所述相位物体两侧透光带的相位差要求。一般地，所述两部分相位物体的相位差分别为2和31 2。由于光波的位相是以2;τ为周期的，因此，增加或减少2;τ的整数倍并不会影响实验结果。上述技术方案中，将原来的圆形的统一相位延迟；T 2的相位物体改进成有两个半环形相位物体，使得其中一个半环形相位物体产生;I 2相位延迟，而另外一个半环形相位物体产生3?r/2的相位延迟。对于非线性折射率为正的样品，在非线性图像中相位延迟为π 2的区域由于正相衬强度增强，而相位延迟为3;r.+ 2的区域由于负相衬强度减小。同样的，对于非线性折射率为负的样品，在非线性图像中相位延迟为3;r.+2的区域由于负相衬强度增强，而相位延迟为.τ ' 2区域正相衬强度减小。用改进后的两个半环形相位光阑产生的非线性图像中的强度的增加与减小的差值比改进前的圆形的相位光阑在相同强度入射光的情况下产生的非线性图像中相位光阑区域单一的增强(或减小)大很多。这样的话就使得系统的测量精度得以提高。利用4f相位相干成像系统进行非线性率的测量分两步进行，即非线性测量和能量校准。非线性测量的具体步骤为: (1)取走待测样品，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为无样品图像； (2)将待测样品放置在傅里叶平面，将中性衰减片放置在非线性样品之前，使得照射到样品上的光强降低到线性区域，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为线性图像； (3)将待测样品放置在傅里叶平面，将先前采集线性图像是使用的中性衰减片移到样品之后，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为非线性图像。能量校准是将非线性样品取走，将能量计放置在4f系统的两个凸透镜之间的某一位置使得激光光斑能够全部打到能量计探头上。发射一个激光脉冲，用能量计测量脉冲的能量，同时用CCD相机采集参考光路的参考光斑。由于此时光路中所有器件都是线性器件，所以根据参考光斑的强弱就可以知道入射脉冲能量的大小。这样在非线性测量过程中的入射到待测样品上的脉冲的能量就可以通过同一个激光脉冲产生的参考光斑来计算得到。测量完毕后，以线性光栅作为输入通过数值拟合非线性光斑来得到非线性折射率的值。实验的灵敏度是由非线性光阑的强度差值来决定的。对于通常的带有圆形相位物体的相位光阑，定义归一化以后的非线性图像中相位物体区域的平均强度与相位物体以外区域的平均强度的差值为ΔT1。对于改进后的带有两个相位延迟不同的半环形相位物体的相位光阑，可以定义归一化以后的非线性图像中相位延迟?τ 2的半环形区域的平均强度与3-π.2相位延迟的半环形物体区域的平均强度差值为AT。数据模拟显示，在相同入射光强的情况下，ΔT比iT明显增大，即改进后的相位光阑使得测量系统的灵敏度增加。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点: 1.本专利技术通过对相位光阑的结构改进，使得在同样的入射光强度下，有效提高了检测的灵敏度。2.与其他相位物体相比，在面积相同的情况下，环状相位物体外半径较大，有利于实际机械加工，降低了相位物体的加工难度。【专利附图】【附图说明】附图1是本专利技术4f相位相干成像系统的实验装置图； 附图2是实施例一中相位光阑意图； 附图3是对比例一中的相位光阑示意图； 附图4是对比例二中的相位光阑示意图； 附图5是实施例一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋瑛林，倪开灶，王伟，聂仲泉，杨俊义，杨勇，刘南春，刘小波，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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