一种基于显微成像的聚合物平面波导光学参数测量仪

摘要

本发明公开了一种基于显微成像的聚合物平面波导光学参数测量仪，其包括：激光光源，偏振元件组，扩束透镜组，反射镜，高数值孔径油浸显微物镜，折射率匹配油，平面波导，分束镜，聚束透镜组，CCD图像传感器。光源发出的激光经过偏振元件组、扩束透镜组、反射镜、分束镜后，通过高数值孔径油浸显微物镜后以宽角度范围辐照到平面波导上，在某些特定辐照角度下，入射光转化为平面波导中的导波模式，同时其它辐照角度的光束被波导反射，再经高数值孔径油浸显微物镜、分束镜、聚束透镜组后会聚于CCD图像传感器；最终可计算出平面波导的重要光学参数。本发明结构简单紧凑，无需角度扫描，空间分辨率高，可实时监测，适合于平面波导参数的高效、实时测量。

主权项

一种基于显微成像的聚合物平面波导光学参数测量仪，包括：激光光源（1），偏振元件组，扩束透镜组（4），反射镜（5），高数值孔径油浸显微物镜（6），折射率匹配油（7），平面波导，分束镜（11），聚束透镜组（12）和CCD图像传感器（13）；所述的平面波导，是由玻璃基底（8），金属薄膜（9），聚合物薄膜（10）以及上方空气层构成的四层结构，金属薄膜（9）蒸镀或溅射在玻璃基底（8）上，聚合物薄膜（10）旋涂在金属薄膜（9）上；其特征在于：所述的激光光源（1）所发射激光，通过偏振元件组后，形成线偏振光；通过扩束透镜组（4）扩束后经反射镜（5）、高数值孔径油浸显微物镜（6），折射率匹配油（7），以宽角度范围辐照在玻璃基底（8）与金属薄膜（9）的界面，在某些特定角度下，激发传输于平面波导中的导波模式，简称导模，这些角度与后焦面光学像上的暗弧一一对应；与其相应的入射光能量转化为导模光场能量，而其他角度的光束大部分被平面波导反射回来，反射光经高数值孔径油浸显微物镜（6）收集，再经分束镜（11）及聚束透镜组（12）成像于CCD图像传感器（13），CCD图像传感器（13）记录下高数值孔径油浸显微物镜（6）后焦面上的反射光场光学像，通过读取所成像中的暗弧位置及半径，计算出所激发的各种导模的有效折射率；利用CCD图像传感器上所显示的暗弧半径与视场半径的比值，计算出不同导模的激发角及其有效折射率，其中，r＝f·nsinθ，r为暗弧半径，f为高数值孔径油浸显微物镜的焦距，n为折射率匹配油的折射率，θ为导模的激发角，视场半径R＝f·nsinθm，θm最大视角；所述的激光光源（1）通过扩束后，覆盖整个高数值孔径油浸显微物镜（6）的入瞳；可实现宽角度范围照射平面波导，从而同时激发能传输于平面波导中的各种导模，并且对应视场半径大小以实现有效折射率的计算所述的偏振元件组，是由起偏器（2）及1/2波片（3）组成的偏振元件组，通过旋转1/2波片（3），可以控制高数值孔径油浸显微物镜（6）后焦面光学像中的暗弧方向，以判断所激发的各种导模的偏振状态；基于上述条件和参数所形成的最外一圈暗弧，其与视场半径之比为0.9577，进而得知此模式的激发角为63.78°，对应有效折射率为1.36的TM1模，第二圈暗弧半径与视场半径比为0.8521，该模式的激发角为52.95°，对应有效折射率为1.21的TE1模，同理，TM2模的暗弧半径与视场半径比为0.7117，所以此模式的激发角为43.31°，其有效折射率为1.04。