[實用新型]基于4f相位相干成像的泵浦探測裝置

無效

• 申請號: 200720041426.7
• 申請日: 2007-08-06
• 公開（公告）號: CN201072406Y
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 宋瑛林;李云波;楊俊義;王玉曉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/01
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本實用新型涉及一種用于測量非線性光子學材料的測量裝置，特別是一種研究非線性吸收和折射關于時間特性的裝置，屬于非線性光子學材料和非線性光學信息處理領域。

背景技術

隨著光通信和光信息處理等領域技術的飛速發展，非線性光學材料研究日益重要。光學邏輯、光學記憶、光三極管、光開關和相位復共軛等功能的實現主要依賴于非線性光學材料的研究進展。光學非線性測量技術是研究非線性光學材料的關鍵技術之一。目前常用的測量非線性光學參數的方法有Z掃描、基于4f相位相干成像測量、四波混頻、三次諧波非線性干涉法、橢圓偏振法等。除了Z掃描和4f相位相干成像方法以外，其他的測量方法均需兩束或兩束以上激光，由此導致測量裝置的光路復雜化，并且，這類測量裝置不能同時測量非線性折射與吸收。

Z掃描方法(Mansoor?Sheik-Bahae，Ali?A.Said，Tai-Hui?Wei，David?J.Hagan，E.W.Van?Stryland.“Sensitive?measurement?of?optical?nonlinearitiesusing?a?single?beam”，IEEE?J.Quantum?Elect，26，760-769(1990))是目前較常用的單光束測量光學非線性的方法，測量時，將樣品放在移動平臺上，激光器輸出的脈沖光被透鏡聚焦到樣品上，再被分束器分成兩路，一路探測非線性吸收，另一路經過小孔用來探測非線性折射，在測量過程中要移動樣品以測量不同光強下的非線性響應。實現上述方法的裝置光路簡單，可同時測量非線性吸收與折射。但是該方法對激光的空間分布及能量穩定性要求較高測量過程中需要樣品在激光傳播的方向移動；另外，由于需要激光多次激發，易于造成材料特性的改變以至于損傷，實驗測量結果往往還需要進行其他實驗來判斷是否可靠。

基于4f相位相干成像測量材料的三階非線性折射率的方法是由GeorgesBoudebs等人于1996年提出(G.Boudebs，M.Chis，and?J.P.Bourdin，“Third-order?susceptibility?measurements?by?nonlinear?image?processing”，J.Opt.Soc.Am.B，13，1450-1456(1996))，后來經過幾次改進演變成通過在4f系統入射面上加相位光闌來測量材料的非線性。這個方法是受到澤爾尼克空間濾波實驗中可以將相位變化轉化為光的振幅變化的啟發而提出的。它同Z掃描方法一樣，也屬于光束畸變測量。測量時，把非線性樣品放置在一個4f系統的頻譜面上，然后讓激光通過這個4f系統，用CCD記錄光場分布空間的變化，然后配合數值模擬就可以得到材料的非線性折射率。但是，非線性樣品受到泵浦光的激發后處于基態的粒子躍向激發態，粒子布居數分布的變化導致對入射光的非線性吸收和非線性折射響應；在此過程中，粒子布居數隨著時間是不斷變化的，所以對于不同時刻的探測光產生的影響是不同的。在上述基于4f相位相干成像測量方法中，由于對時間項的忽略將導致結果產生比較大的偏差。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于4f系統的泵浦-探測的測量裝置，實現從空間和時間角度對被檢測材料的非線性參數的分析。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種基于4f相位相干成像的泵浦探測裝置，主要由激光器、分束器、探測光路和泵浦光路組成，所述分束器把激光器發出的激光脈沖分束至探測光路和泵浦光路，所述探測光路包括擴束系統、4f系統和記錄系統，待測樣品位于4f系統的焦平面上，所述泵浦光路包括轉向元件和延時光路，泵浦光路的輸出聚焦在待測樣品上，所述探測光和泵浦光在待測樣品處保持空間重疊，兩光束的夾角(β)在1.5°到10°范圍內。

上文中，分束器把從激光器出來的光分為兩束，強的一束為泵浦光，弱的一束為探測光，通常，分束器采用低透高反鏡片，透射率與反射率比例為：1∶10～1∶100。泵浦光經過時間延遲系統聚焦待測樣品上，使待測樣品產生光學非線性效應；探測光經過4f系統測量由泵浦光引起的光學非線性效應，再由記錄系統接收，通過分析不同時刻的探測光的情況就可以確定待測樣品的光學非線性參數。