[發(fā)明專利]實時觀察的單束雙模參數(shù)可調(diào)Z掃描裝置和測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910054823.1
• 申請日: 2009-07-15
• 公開（公告）號: CN101608999A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發(fā)明（設計）人: 劉靜;魏勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發(fā)明涉及非線性光學，是一種測量材料非線性折射率和非線性吸收的實時觀察的單束雙模參數(shù)可調(diào)Z掃描裝置和測量方法，該裝置具有多種模式，參數(shù)設置方便，數(shù)據(jù)處理簡單，可進行實時觀察。

背景技術

信息光學的發(fā)展和樣品制備工藝的進步使得納米技術和光學更好地結(jié)合起來，其中很多效應更多的是呈現(xiàn)材料的非線性性質(zhì)。非線性效應在光開關、自相位調(diào)制和自聚(散)焦等方面有著重要的作用，它是材料的一個重要性質(zhì)，所以弄清材料的非線性是很有必要的。一般說來，測量材料的非線性有三次諧波產(chǎn)生、光學克爾開關、非簡諧的四波混頻以及Z掃描技術。前三者測量設備復雜，成本高，精度及效率都較低。20世紀發(fā)展起來的Z掃描技術(參見M.Sheik-Bahae，A.A.Said，T.Wei，D.J.Hagan，and?E.W.Van?Stryland，IEEE?J.Quantum?Electron.26，760(1990))以其簡便的裝置設計和較高的精度，成為目前最常用的測量材料非線性的手段。該技術一般是基于單束光在樣品表面上引起的相位畸變，結(jié)合菲涅爾—惠更斯原理，利用標量衍射理論，最后探測器得到光強的變化。

此方法光路簡單，處理方便，精度較高；但此方法一般不能同時測量材料的非線性折射率和非線性吸收系數(shù)，不能確定材料的非線性是來源于激光導致的本征效應還是激光導致的材料本身的結(jié)構(gòu)變化，很難得出導致非線性效應的內(nèi)部機理。蘇州大學楊俊義等人(ZL?200820041810.1)利用泵浦光和探測光進行Z掃描的測量，實現(xiàn)的難度是很難控制泵浦光和探測光之間的角度差異，很難達到較好的效果，光路調(diào)節(jié)較難，并沒有單光束的光路來得簡單和有效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了尋找和改進上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種測量材料的非線性折射率和非線性吸收系數(shù)的實時觀察的單束雙模參數(shù)可調(diào)Z掃描裝置和測量方法，能更為準確地測量、判定非線性折射率和非線性吸收系數(shù)，以研究材料非線性的內(nèi)部機理。該裝置具有參數(shù)設置方便，數(shù)據(jù)處理簡單和實時觀察的特點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種實時觀察的單束雙模參數(shù)可調(diào)型Z掃描裝置，由參數(shù)調(diào)制、數(shù)據(jù)采集、觀察系統(tǒng)三個主要部分組成。其中，參數(shù)調(diào)制部分采用0～1可調(diào)的衰減片使得入射激光的功率可調(diào)；采用聲光調(diào)制器使得出射激光的脈沖寬度可調(diào)；激光入射到樣品表面后，由于樣品的非線性效應使得出射光發(fā)生變化，用分光棱鏡將出射的光分成兩束，其中沿著光軸方向放置一中心在光軸上的小孔光闌，其后用探測器探測光強，求得材料的非線性折射率；另一束光用透鏡直接匯聚到探測器中，求得材料的非線性吸收系數(shù)。

一種實時觀察的單束雙模參數(shù)可調(diào)Z掃描裝置，特點在于其構(gòu)成包括激光器，沿該激光器輸出激光前進的主光路方向依次是第一可調(diào)衰減片、聲光調(diào)制器、第一孔徑光闌、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、第一聚焦透鏡、待測樣品、第二聚焦透鏡、第三分光棱鏡、第二小孔光闌和第三探測器，該第三探測器的輸出端與計算機的輸入端相連；所述的第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡共焦，所述的待測樣品位于樣品控制臺上且該待測樣品表面垂直于所述的主光路，置于所述的第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡共焦點附近；

所述的聲光調(diào)制器與信號發(fā)生器相連，由第一可調(diào)衰減片、聲光調(diào)制器和信號發(fā)生器組成參數(shù)調(diào)制部分；

在所述的第一分光棱鏡的一側(cè)垂直于所述的主光路方向設置冷光源，該冷光源發(fā)出的光經(jīng)第一分光棱鏡反射后沿所述的主光路經(jīng)第二分光棱鏡進入所述的第一聚焦透鏡，在所述的第一分光棱鏡的另一側(cè)垂直于所述的主光路方向設置第一探測器，該第一探測器的輸出端與所述的計算機的輸入端相連；

在所述的第二分光棱鏡的一側(cè)垂直于所述的主光路方向設置濾光片和CCD；

在所述的第三分光棱鏡的一側(cè)垂直于所述的主光路方向依次設置第二可調(diào)衰減片、凸透鏡和第二探測器，該第二探測器的輸出端與所述的計算機(20)的輸入端相連；

所述的計算機的輸出端與所述的樣品控制臺的控制端相連。

所述的第一可調(diào)衰減片的輸出激光功率對入射激光功率的比值0～1任意可調(diào)。

所述的聲光調(diào)制器對激光脈沖寬度從5ns到連續(xù)光連續(xù)可調(diào)。

利用上述實時觀察的單束雙模參數(shù)可調(diào)Z掃描裝置進行測量的方法，其特征在于包括下列步驟：