[發明專利]消除非線性吸收影響的非線性折射性質測量方法

有效

• 申請號: 200810018962.4
• 申請日: 2008-01-28
• 公開（公告）號: CN101226145A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 宋瑛林;潘廣飛;李云波;楊俊義;顧濟華
• 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

本發明涉及一種材料的非線性性質測量方法，具體涉及一種利用相位共軛技術在4f相位相干成像技術中測量低非線性吸收介質的非線性折射的方法，可以消除材料非線性吸收對非線性折射測量的影響。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的飛速發展，非線性光學材料研究日益重要，光存儲、光開關、光調制、光限幅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子學材料的關鍵技術之一。目前常用的測量非線性光學參數方法有Z掃描、4f系統相干成像技術、四波混頻、三次諧波非線性干涉法、橢圓偏振法等。其中后三種測量方法均需兩束或兩束以上激光，光路復雜，而且在測量非線性折射效應的時候無法區分材料三階極化率的實部和虛部，也就是說無法區分開來非線性吸收和非線性折射的作用，而在一些材料性質的研究和應用方面，對非線性折射和非線性吸收需要分開研究。

Z掃描技術光路簡單、靈敏度高，是目前應用最為廣泛的一個測量技術。但是該方法對激光的空間分布及能量穩定性要求較高。此外還需要樣品在激光傳播方向發生移動，需要激光多次激發，對薄膜和易損傷的材料不適用；由于需要多次激發，在研究材料的光動力學方面無能為力。而在存在非線性吸收的材料中，Z掃描測量材料的非線性折射時有兩種方法：1，首先測量出非線性吸收系數，然后利用測量得到的非線性吸收系數來測量非線性折射系數；2，利用近似直接測得非線性折射系數。這兩種方法都存在準確率低的問題。

相比而言，4f系統相干成像技術是單光束單脈沖測量，光路簡單，靈敏度高。其在測量薄膜和易損傷材料時的優點顯而易見，也是研究材料的光動力學性質的有力手段。但傳統的4f系統相干成像技術無法避免非線性吸收對非線性折射的影響。當材料存在非線性吸收時，其測量材料的非線性折射方法和Z掃描類似：1，首先測量出非線性吸收系數；2，利用近似，直接得到近似的非線性折射系數。其缺點也是局限性大，準確度低。

基于4f相位相干成像測量材料三階非線性折射率的方法是由GeorgesBoudebs等人于1996年提出的(G.Boudebs，M.Chis，and?J.P.Bourdin，“Third-order?susceptibility?measurements?by?nonlinear?image?processing”，J.Opt.Soc.Am.B，13(7)，1450-1456)。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。其基本原理是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。這樣由于樣品非線性的作用，4f系統出射面上的光強分布就會發生變化。用CCD將變化了的光場空間分布記錄下來，然后配合數值模擬就可以得到材料的非線性折射率。但是在這里，他們忽略了非線性吸收的影響。在以后的改進方法中(Boudebs?G.Cherukulappurath?S.nonlinear?refraction?measurements?in?presence?ofnonlinear?absorption?using?phase?object?in?a?4f?system.Opt.Commun.2005，250(4-6)：416～420)，利用樣品在偏離透鏡焦點和處于透鏡焦點處的兩次結果做差來近似得到沒有非線性吸收的結果，但此方法的精確度較低，具有很大的局限性。另一個解決方案就是首先測量出非線性吸收系數，然后進行數值擬合，此方法雖然可以解決存在非線性吸收時非線性折射性質的測量，但是一方面測量非線性吸收帶來不便，另一方面非線性吸收系數的測量帶來一定的誤差，這個誤差將帶入到非線性折射系數的測量當中。

?????????????????????????發明內容

本發明目的是提供一種單脈沖的材料非線性折射性質測量方法，以降低非線性吸收對非線性折射測量結果的影響，適用于對存在低非線性吸收的材料的測量。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種消除非線性吸收影響的非線性折射性質測量方法，基于相位共軛技術與4f相位相干成像技術，準直、擴束后的激光束由光闌濾波，經傅立葉透鏡聚焦到待測樣品上，通過反射鏡或相位共軛鏡反射使光束再次反向通過待測樣品和傅立葉透鏡，利用分束器分束，經衰減后由CCD相機接收，包括下列步驟：