[發明專利]單脈沖平頂光測量材料光學非線性的裝置及其測量方法

無效

• 申請號: 201210015153.4
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102539391A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 宋瑛林;楊俊義;劉南春;吳幸智;楊勇
• 申請（專利權）人: 常熟微納激光光子技術有限公司
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N21/41
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種高靈敏度單脈沖平頂光測量材料光學非線性的裝置，屬于非線性光子學材料和非線性光學信息處理領域。本發明還涉及上述裝置的的測量方法。

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，AliA.Said，Tai-Hui?Wei，David?J.Hagan，E.W.Van?Stryland.“Sensitive?measurement?of?optical?nonlinearities?using?a?single?beam”，IEEE?J.Quantum?Elect，26，760-769(1990))光路簡單、靈敏度高，是目前最常用的平頂光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?coherent?imaging?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裝置。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。但這種裝置需要對采集的圖像進行比較復雜的處理，而且對CCD的要求比較高，增加了測量裝置的成本。PO?Z-scan技術(Junyi?Yang?and?Yinglin?Song，“Direct?observation?of?the?transient?thermal-lensing?effect?using?the?phase-object?Z-scan?technique”，Optics?Letters，34：157-159(2009))就是在傳統Z-scan的基礎上，在透鏡的前焦面的位置加一個相位物體。與傳統Z-scan相比，所測量材料非線性折射的結果由傳統Z-scan的峰谷特征曲線變成了單峰或單谷特征曲線。和傳統Z-scan一樣，這種測量裝置也需要樣品在激光傳播方向的移動，需要激光多次激發，容易損傷材料。T-PO測量材料非線性技術(Junyi?Yang，Xueru?Zhang，Yuxiao?Wang，Min?Shui，Changwei?Li，Xiao?Jin，and?Yinglin?Song，“Method?with?a?phase?object?for?measurement?of?optical?nonlinearities”，Optics?Letters，34：2513-2515(2009))在PO?Z-scan技術的基礎上，將樣品放置在系統的焦平面，無需移動，通過測量透過小孔的歸一化非線性透過率就可以測量樣品的光學非線性。這種方法的測量靈敏度和一般的測量方法一樣，在一定的條件下，不能達到測量的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種單脈沖平頂光測量材料光學非線性的裝置，在不需要移動樣品的前提下，簡單而準確地測量材料的非線性折射和非線性吸收。

為達到上述技術目的，本發明采用的技術方案是：一種單脈沖平頂光測量材料光學非線性的裝置，其包括：

-擴束系統，所述擴束系統由第一凸透鏡和第二凸透鏡組成，所述第一凸透鏡、第二凸透鏡在水平方向上左右放置；

-測量系統，所述測量系統由小孔、第三凸透鏡、第二分束器、第四凸透鏡、第二探測器、圓形小孔、圓形擋板、第五凸透鏡和第三探測器組成，在水平方向上，在所述第二凸透鏡右側，所述小孔、第三凸透鏡、待測樣品、圓形小孔、圓形擋板、第五凸透鏡和第三探測器從左向右依次放置，在待測樣品與圓形小孔之間設置有第二分束器，所述第二分束器的下方依次設置有第四凸透鏡和第二探測器；

-參考系統，所述參考系統由第一分束器和第一探測器組成，所述第一分束器設置在小孔和第三凸透鏡之間，所述第一探測器設置在第一分束器下方；