[發明專利]基于相位物體Z掃描的泵浦探測方法

無效

• 申請號: 201210089129.5
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102645408A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 宋瑛林;楊俊義
• 申請（專利權）人: 常熟微納激光光子技術有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種利用光學手段來測試或分析材料的方法，具體涉及一種研究材料的非線性光學物理機制以及測量其光學物理參數的方法，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

非線性光學領域的飛速發展離不開對光學非線性材料的研究。尋找各種用途的理想光學非線性材料是非線性光學領域的一個非常重要的任務。具有大的光學非線性系數和超快光響應的材料被認為是用于制造高速光電設備的新興材料，在光學工程領域，如全光開關等元器件中有著巨大的潛在應用價值。而對光學非線性材料的研究則需要借助于各種光學非線性測量技術。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。在光學非線性樣品中，一般情況下不止一種非線性機制，通常會存在二種甚至更多的非線性機制相互作用，而一般的非線性測量技術不能很簡單地把各種光學非線性機制區分開。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?nonlinearities?using?a?single?beam”，IEEE?J.Quantum?Elect，26，760-769(1990))是目前最常用的單光束測量材料光學非線性的方法，此方法是在光束畸變測量方法的基礎上提出的，其優點是光路簡單，處理方法簡單，測量精度高，并且可同時測量非線性吸收與折射。但這種方法很難準確地確定材料的光學非線性機制以及材料一些具體的、重要的光學物理參數。

在Z-scan的基礎上，1994年J.Wang等人提出了時間分辨Z-scan技術(J?Wang，M.Sheik-Bahae，A.A.Said，D.J.Hagan，and?E.W.Van?Stryland，“Time-resolved?Z-scan?measurements?of?optical?nonlinearities”，J.Opt.Soc.Am.B，11，1009-1017，1994)。這種方法通過對樣品出射的不同時刻探測光的位相和強度的變化情況的分析來確定材料光學非線性的機制以及各個能級重要的光學物理參數。但這種方法在測量樣品非線性折射隨時間變化的特征時比較麻煩，而且誤差比較大，具體表現為：(1)測量時需先測量樣品的非線性吸收的時間特征，然后再把樣品分別放在兩個位置進行非線性折射時間特征的測量，最后還要除去非線性吸收的影響。(2)不能同時進行非線性吸收和非線性折射時間特征的測量，由于不同時刻激光的空間分布和能量是不同的，從而會引起較大的測量誤差。最近提出的一種相位物體(PO)泵浦探測方法(Junyi?Yang，Yinglin?Song，Yuxiao?Wang，Changwei?Li，Xiao?Jin，and?Min?Shui.Time-resolved?pump-probe?technology?with?phase?object?for?measurements?of?optical?nonlinearities.Optics?Express，17，7110-7116(2009))，這種方法能同時測量非線性吸收和非線性折射動力學過程，但這種方法的靈敏度受到主光路T-PO技術的限制。另外對于非簡并非線性折射動力學測量時，需根據對應的探測波長更換不同的相位物體。本發明提出一種高靈敏度泵浦探測技術能克服傳統時間分辨Z-scan及PO泵浦探測技術的缺點。

發明內容

本發明的目的是提供一種高靈敏度泵浦探測方法，用于材料光學非線性特別是非線性折射的檢測，確定材料的光學非線性機制并可同時準確的測量材料重要的非線性光學參數。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

基于相位物體Z掃描的泵浦探測方法，包括如下步驟：把入射激光束分為兩束，其中光強較強的一束為泵浦光，光強較弱的一束為探測光，泵浦光經過時間延遲聚焦到非線性待測樣品上，使處于基態的待測樣品產生非線性吸收和非線性折射；所述待測樣品位于探測光路中透鏡的焦平面上，在探測光路的所述待測樣品后的遠場位置放置一個其中心和光軸重合的圓形光闌以及一個其中心和光軸重合的圓形不透光擋板，經樣品出射的探測光通過一個分光鏡分為兩束，其中一束直接進入第一探測器，另一束通過所述圓形光闌和圓形不透光擋板后進入第二探測器；所述方法的具體測量步驟為：

①在光路上放入待測樣品，用所述第一和第二探測器分別收集不同時刻探測光的能量；