[发明专利]基于硅光电倍增管的亚微米单光子量级微小光斑测量方法

权利要求书

1.基于硅光电倍增管的亚微米单光子量级微小光斑测量方法，其特征在于，该测量方法基于的装置包括放置硅光电倍增管(11)的纳米位移台(5)，纳米位移台(5)依次电连接有纳米位移台驱动器(4)和计算机(12)；纳米位移台(5)的下方设置有光路正对硅光电倍增管(11)的显微物镜(10)，显微物镜(10)下沿光路方向依次设置有针孔透光片(9)和倾斜的激光分束镜(8)，激光分束镜(8)的一侧沿光路方向设置有激光头(7)，激光头(7)电连接有皮秒脉冲激光驱动器(6)；还包括均与硅光电倍增管(11)连接的稳压电源(1)和高速低噪声放大器(2)，高速低噪声放大器(2)的另一端连接有数字示波器(3)，数字示波器(3)的另一端连接至计算机(12)；该测量方法具体包括以下步骤：

步骤1、将硅光电倍增管(11)放在电磁屏蔽盒内，光敏面朝下放置在纳米位移台(5)上；

步骤2、在激光分束镜(8)与显微物镜(10)之间的光路上水平放置中心开孔的针孔透光片(9)；

步骤3、皮秒脉冲激光驱动器(6)使激光头(7)照射皮秒激光束，经激光分束镜(8)分束通过显微物镜(10)使皮秒激光束在硅光电倍增管(11)的表面聚焦成光斑；

步骤4、通过稳压电源(1)向硅光电倍增管(11)供电，使其达到盖革雪崩模式，输出的雪崩脉冲信号先经高速低噪声放大器(2)进行信号放大，再输入数字示波器(3)获取脉冲计数率；

步骤5、用计算机(12)的程序控制纳米位移台驱动器(4)使纳米位移台(5)移动，获取不同位置的脉冲计数率分布；

步骤6、用计算机(12)上获取的不同位置脉冲计数率分布与硅光电倍增管(11)中雪崩二极管单元的形状函数做反卷积运算，将反卷积运算结果进行贝塞尔函数拟合得出光斑尺寸信息；通过做反卷积运算得到聚焦激光光斑相对光强的空间分布函数f(x,y)，通过公式(1)表示为：

f(x,y)＝F^-1{F(f_x,f_y)} (1)

式(1)中，x,y为垂直于光束传播方向光束腰截面内的坐标，F^-1{F(f_x,f_y)}为f(x,y)的傅里叶逆变换形式，F(f_x,f_y)是f(x,y)的傅里叶变换形式，通过公式(2)表示为：

F(f_x,f_y)＝H(f_x,f_y)/G(f_x,f_y) (2)

式(2)中，H(f_x,f_y)、G(f_x,f_y)依次通过公式(3)、(4)表示为：

式(3)和式(4)中，L₀为扫描的空间范围，H(f_x,f_y)为脉冲计数率分布函数h(x,y)的傅里叶变换形式，G(f_x,f_y)为雪崩二极管单元的形状函数g(x,y)的傅里叶变换形式，i为虚数单位，e为自然底数。

2.如权利要求1所述的基于硅光电倍增管的亚微米单光子量级微小光斑测量方法，其特征在于，所述步骤2中针孔透光片(9)的中心开有孔径不超过100微米的针孔。

3.如权利要求1所述的基于硅光电倍增管的亚微米单光子量级微小光斑测量方法，其特征在于，所述步骤3通过皮秒脉冲激光驱动器(6)调节皮秒激光束的强度，使硅光电倍增管(11)雪崩的计数率低于皮秒激光束重复频率的10％。

4.如权利要求3所述的基于硅光电倍增管的亚微米单光子量级微小光斑测量方法，其特征在于，所述皮秒激光束的重复频率为1-100兆赫兹。