[發明專利]一種高靈敏度頻域濾波擋板Z掃描測量材料非線性的方法

無效

• 申請號: 201210089253.1
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102692382A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 宋瑛林;劉南春;楊俊義;劉小波
• 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

本發明所涉及的是一種測量材料的光學非線性的方法，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

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。測量材料光學非線性方法有很多，如非線性干涉法，簡并四波混頻、近簡并三波混頻，橢圓偏振法，光束畸變法等。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?optical?nonlinearities?using?a?single?beam”，IEEE?J.Quantum?Elect，26，760-769(1990))光路簡單、靈敏度高，是目前最常用測量材料光學非線性的方法，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。平頂光束Z掃描(zhao?w.Palffy-Muhoray?P.，″z-scan?technique?using?top?hat?beams″，Appl?Phys?lett，63：1613-1615(1993))，將z掃描測量靈敏度提高2.5倍，日蝕法Z掃描(T.Xia，D.J.Hagan，M.sheik-Bahae，andE.W.Van?Stryland，“eclipsing?z-sdan?measurement?of?λ/10^-4?wave-front?distortion，Optics?letters，19：317-319(1994))利用圓片取代普通Z掃描裝置的遠場小孔，并用放在它后面的透鏡收集邊緣光束進入探測器，能夠測量約λ/10^-4的波前畸變，但是由于邊緣光強較弱，邊緣噪聲降低了測量信噪比，從而限制了靈敏度進一步提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種高靈敏度頻域濾波擋板z掃描測量材料非線性的方法，通過頻域濾波技術，能大大降低系統噪聲，從而使測量靈敏度比普通z掃描提高兩個量級。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種高靈敏度頻域濾波擋板Z掃描測量材料非線性的方法，包括如下步驟：將一束激光進行擴束準直后，入射至一圓形光闌，通過光闌的光束由第一半透半反鏡分為兩束：其中一束為監測光，經凸透鏡會聚后由第一探測器記錄，另一束為探測光，經第一凸透鏡聚焦到待測樣品上，使待測樣品產生光學非線性；所述待測樣品可通過位移平臺在第一凸透鏡的焦平面附近左右移動；經過所述待測樣品調制激光脈沖被第二半透半反鏡分為兩束：其中一束經第二凸透鏡會聚后被第二探測器接收(開孔)，另一束經過第三凸透鏡會聚后進入第三探測器(閉孔)；在所述圓形光闌經由第一凸透鏡和第三凸透鏡組成的透鏡組后成像的像平面位置放置一同軸圓形擋板，在所述第一凸透鏡焦點經第三凸透鏡成像像點位置放置一同軸濾波小孔；具體測量步驟為：

(1)在遠離第一凸透鏡焦點位置放置待測樣品，在脈沖激光作用同時，使待測樣品由在第一凸透鏡的焦點左側向右側方向或者由在焦點右側向左側方向運動，記錄樣品運動過程中在不同位置由第二探測器、第三探測器所測能量分別與第一探測器所測能量比值；

(2)對步驟(1)中獲得的比值曲線進行處理，獲得所需的檢測材料的光學非線性吸收和非線性折射系數。

上述技術方案中，所述步驟(2)中的對比值曲線進行處理包括：將步驟(1)中得到的比值數列與該數列中初始數值相除，得到樣品歸一化的非線性透過率曲線，對歸一化的非線性透過率曲線進行理論擬合得到非線性吸收和非線性折射系數。

上述技術方案中，所述圓形光闌和圓形擋板組合后的透過率小于0.1。