[发明专利]一种基于激发配准的塔姆耦合出射角测算方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于激发配准的塔姆耦合出射角测算方法与装置，包括：塔姆结构，油浸物镜，白光光源，聚束凸透镜，分束镜，准直凸透镜，短波窄带滤波片，二向色镜，成像透镜，长波窄带滤波片，荧光CCD图像传感器，白光CCD图像传感器。塔姆结构放置于油浸物镜上部，被会聚准直且滤波的白光光源所激发，然后激发光被二向色镜反射回分束镜，最后被白光CCD图像传感器收集。同时，塔姆结构所出射荧光被油浸物镜收集后透过二向色镜和长波窄带滤波片，由成像透镜成像于荧光CCD图像传感器。利用两个CCD图像传感器中所采集不同波长光的表面波模式来选取有效的特征点，实现图像的配准，完成高信噪比下的荧光出射角度的测算。本发明结构简单，实用性强。

技术领域

本发明涉及微光电子测算领域，尤其涉及一种基于激发配准的塔姆耦合出射角测算方法与装置。

背景技术

在集成光学器件研发领域中，由于纳米量子结构、光子晶体、微谐振腔等技术的革新以及微腔激光器、纳米光波导、纳米光探测器仪器小型化的不断发展，更微小的器件、更紧密的集成、更低成本的加工工艺在诸如硅基光电子学等学科方向中有着极为广泛的应用，在传感、显示、检测等诸多核心科技中占据了关键技术，所以微纳尺度的光电子元探测器件近期先后研制成功。而在光学芯片上加工、以塔姆结构作为基底，利用腔内光场增益及相互作用的微型激光器，也由于其简化的工流程、良好的波长容忍性以及结构上的高兼容扩展性而备受研究人员关注，尤其是其对结构的依赖性和高灵敏性使得研究人员在研发其参数的时候需要准确的测算和验证。但是随着结构复杂程度的提升，诸多参数的准确测算也往往面临一系列的局限性，比如在微型激光出射角度的测量中，现有的主要检测方法多是刀口法，象限探测器法，CCD成像法，扫描法，其主要存在的问题为：(1)稳定性低。由于需要反复多次测量，需要光路、电路以及光源保持稳定。对于脉冲和复杂的光斑分布难以测量。同时照明视场噪声，CCD靶面偏移，成像透镜像差都容易引起误差。需要对光束进行整形，限制了应用范围。(2)速度慢。常规的出射角判定多需要转动机械装置，速度慢，效率低，同时存在回程差等不稳定因素。(3)分辨率低。利用传统CCD测量，即使速度有所提升，但是在对小光束进行测量时，受限于像素尺寸，很难达到较高的测量分辨率，同时受到光强变化和漂移，降低了实际的测量精度。面对特殊光斑，会有死区无法探测。对特殊光斑其发散角未必会均匀分布，所以测量控制范围小。(4)普适性低，现有的利用象限或者显微成像的方法只能测定简单的出射光角度，对复杂结构的出射角难以辨识，且精密光学机械元件较多，造价高，耗时久。

发明内容

本发明提出一种基于激发配准的塔姆耦合出射角测算方法与装置，可以通过荧光CCD图像传感器接收塔姆结构的耦合出射信号，并巧妙通过二向色镜和准直透镜在白光CCD图像传感器中记录反射的激发信号，进行对比配准，从而有效的对塔姆结构的耦合出射角完成测算。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于激发配准的塔姆耦合出射角测算装置，所述装置包括塔姆结构、油浸物镜、白光光源、聚束凸透镜、分束镜、准直凸透镜、短波窄带滤波片、二向色镜、成像透镜、长波窄带滤波片、荧光CCD图像传感器和白光CCD图像传感器，所述塔姆结构、油浸物镜、二向色镜，成像透镜，长波窄带滤波片和荧光CCD图像传感器自上而下依次设置，所述白光光源、聚束凸透镜、分束镜、准直凸透镜、短波窄带滤波片、二向色镜水平方向依次设置，所述塔姆结构能够被白光光源激发，从而定向辐射荧光，所述荧光透过油浸物镜、二向色镜、成像透镜和长波窄带滤波片，收集于荧光CCD图像传感器，白光光源发出的白光被聚束凸透镜收集，透过分束镜后再被准直凸透镜准直入射到短波窄带滤波片，然后被二向色镜反射到油浸物镜中并聚焦到塔姆结构上，从而激发塔姆结构的荧光分子，而白光自身再被油浸物镜收集且再次被二向色镜反射回短波窄带滤波片，最后利用准直凸透镜和分束镜反射至白光CCD图像传感器。

进一步地，短波窄带滤波片和长波窄带滤波片的带宽均是10nm。

进一步地，所述二向色镜能够透过通过长波窄带滤波片的长波段光而将通过短波窄带滤波片的短波段光反射。