[發明專利]測量光學非線性的兩次4f相位相干成像方法和裝置

無效

• 申請號: 200910033969.8
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101571481A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 宋瑛林;楊俊義;李常偉;金肖;稅敏
• 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

本發明涉及一種利用光學手段測量材料的非線性性質的方法，具體涉及一種能提高4f相位相干成像系統測量精度的方法及其裝置，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，非線性光學材料的研究日益重要。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。常用的測量方法有Z掃描、4f系統相干成像技術、馬赫-曾德干涉法、四波混頻、三次諧波非線性干涉法、橢圓偏振法、相位物體Z-scan等。其中Z掃描方法(Mansoor?Sheik-Bahae，Ali?A.Said，Tai-Hui?Wei，David?J.Hagan，E.W.Van?Stryland.“Sensitive?measurement?of?opticalnonlinearities?using?a?single?beam”，IEEE?J.Quantum?Elect，26，760-769(1990))光路簡單、靈敏度高，是目前最常用的單光束測量材料光學非線性的方法。但是這種測量方法需要樣品在激光傳播方向的移動，需要激光多次激發，對薄膜和易損傷的材料不適用。4f相位相干成像系統(G.Boudebs?and?S.Cherukulappurath，“Nonlinear?optical?measurements?using?a?4f?coherentimaging?system?with?phase?object”，Phys.Rev.A，69，053813(2004))是近年來提出的一種測量材料非線性折射的新方法。利用4f相位相干成像技術測量非線性折射具有光路簡單、靈敏度高、單脈沖測量，無需樣品移動、對光源能量穩定性要求不高等優點。但4f相位相干成像系統的測量的精度并沒有得到充分的提高。

發明內容

本發明目的是提供一種利用兩次4f相位相干成像測量材料非線性的方法及其裝置，用于光學非線性材料的檢測，以提高系統的測量精度。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種測量光學非線性的兩次4f相位相干成像裝置，主要由入射光路、測量光路和參考光路構成，所述入射光路包括擴束系統、相位光闌和分束鏡，入射激光束由分束鏡分成兩束，一束為探測光進入測量光路，另一束為參考光，進入參考光路，所述測量光路中，由第一凸透鏡和第二凸透鏡構成4f相位相干成像系統，待測樣品放置在第一凸透鏡的焦平面上，在第二凸透鏡光路中設有全反鏡，所述探測光自第一凸透鏡入射，照射在待測樣品上，透射光經第二凸透鏡后，由全反鏡反射，反射光再次反向進入4f相位相干成像系統中，最后由分束鏡反射進入CCD相機；參考光路與測量光路的出射光照射在同一個CCD相機上。

上述技術方案中，所述相位光闌包括中央的圓形相位物體及其周圍的環形區，圓形相位物體與環形區間的存在相位延遲，圓形相位物體的半徑是光闌半徑的0.2倍至0.5倍。

優選的技術方案，圓形相位物體與環形區間的相位延遲為0.5π，圓形相位物體的半徑是光闌半徑的0.3倍。

上述技術方案中，在所述測量光路的輸出光路上位于CCD相機之前設置有中性衰減片，在參考光路的輸出光路上位于CCD相機之前設置有中性衰減片。

為便于計算，所述第一凸透鏡與第二凸透鏡的焦距相同。所述相位光闌到第一凸透鏡的距離等于第一凸透鏡的焦距。

所述參考光路中設有兩個反射鏡，反射鏡的設置角度使得參考光路的出射方向與測量光路的出射方向平行。

所述分束鏡的透過率和反射率各為50％。

上述裝置使用時，其測量分能量校準和光學非線性測量兩部分進行；

其中，所述能量校準為，將能量計放置在兩次4f系統的第一凸透鏡后方，接收整個激光光斑，發射一個激光脈沖，用能量計測量脈沖的能量，同時用CCD相機采集參考光路的參考光斑，CCD探測到的參考光斑的強度成正線性關系，據此確定測量過程中入射到待測樣品上的脈沖的能量；

所述非線性測量的步驟包括：

(1)不放待測樣品，用CCD相機采集一個脈沖圖像和一個參考光斑，稱為無樣品圖像；

(2)放置待測樣品，將中性衰減片放置在待測非線性樣品之前，使得照射到樣品上的光強降低到樣品的光學線性區域，用CCD相機采集一個脈沖圖像和一個參考光斑，稱為線性圖像；

(3)放置待測樣品，將步驟(2)的中性衰減片放置在CCD相機之前，用CCD相機采集一個脈沖圖像和一個參考光斑，稱為非線性圖像；