[發明專利]一種測量發光材料非線性光學性質的方法

有效

• 申請號: 201210186079.2
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102879334A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 董志偉;關國英;陳德應
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及發光材料非線性光學性質的測量方法。按照國際專利分類表（IPC）劃分屬于物理部，儀器分部，測量；測試類，借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料組中的便于進行光學測試的裝置或儀器領域（G01N21/01）。

背景技術

材料的非線性光學性質主要包括其非線性光學吸收效應及非線性折射效應。有關材料的非線性光學吸收效應的研究已經在光限幅（激光防護）、激光鎖模等領域中獲得了大量的實際應用。材料的非線性折射效應也已經在光纖通信、光學加工等方面獲得了應用。尤其是以激光染料及量子點材料為代表的發光材料已被證明在高能效照明、可調諧光源、高靈敏度探測器、生物成像、藥理分析及超薄顯示等眾多領域具有巨大的應用潛力。對發光材料的非線性光學性質的研究是目前材料學及相關各領域的研究熱點。

目前能夠在一個裝置中同時測定材料上述非線性光學吸收效應及非線性折射效應的實驗技術只有Z掃描技術。在Z掃描技術中，開口Z掃描技術通過測試不同入射光強下材料透過率變化來測定其非線性光學吸收效應；閉口Z掃描技術通過測試不同光強下通過探測器前小孔的光強來測定其非線性光學折射效應。這樣，可以實現在一個裝置中同時測定材料非線性光學吸收效應及非線性折射效應。由于其光路相對比較簡單，Z掃描技術已經在工業生產及科學研究等眾多領域中獲得了較為廣泛的應用。

但對于具有高發光性能的材料，如激光染料及量子點材料等，由于在測試激光的照射下待測材料會發射較強的熒光，而通常用于Z掃描技術的探測器為光伏型探測器，只對接收到的光強產生響應，并不具備頻譜分辨能力。這使得通過測量探測器接收到的光強變化的途徑來研究材料非線性光學性能的技術手段難以實現。而若將用于Z掃描技術的探測器升級為具有光譜分辨能力的探測器如光譜儀等，則使得整套Z掃描測試系統的成本大幅增加，不利于該技術在科研及生產等方面的廣泛使用。上述技術原因造成了目前Z掃描技術不能夠用來對上述發光材料進行相關測試的現實技術困難。本發明主要針對現有Z掃描技術無法測量發光材料非線性光學性質的不足，提出一種改進的可以針對發光材料同時進行非線性光學吸收效應及非線性折射效應測試的方法。

發明內容

為消除發光材料在在測試激光的照射下發射的熒光，本發明通過在測試裝置中引入光學濾波的技術來彌補消除Z掃描技術探測器不具備頻譜分辨能力的不足。并在接收裝置中利用鍍膜光學分束片來實現在一套裝置中同時測定發光材料的非線性光學吸收效應及非線性折射效應的目的。為進一步提高測試信噪比，在探測器前再次采用光學濾波來減小由于發光材料熒光散射對測試結果的影響。由于光學濾波片及鍍膜光學分束片成本遠遠低于具有光譜分辨能力的光譜儀等探測器，光學濾波片及鍍膜光學分束片所占空間也明顯小于光譜探測器，尤其是上述光學元件操作簡便，易于更換，可維護性極強。本發明通過引入光學濾波的手段在不明顯增加成本及操作復雜度的前提下使得Z掃描技術可以進一步應用于強發光材料的非線性光學性質測試這一傳統測試禁區，有利于擴寬該測試技術在的實際科研及生產等方面的應用。

說明書附圖說明如下：

附圖1為測量發光材料非線性光學性質的光路示意圖。其中的DO、D1及D2為普通的光電探測器，考慮到成本，一般使用光伏型的高靈敏度探測器如光電二極管。D1及D2前放置的F1及F2為窄帶光學濾波片；L1及L2為凸透鏡，透鏡尺寸需大于入射至其前表面處的光斑尺寸，一般情況下L1直徑不小于2cm，L2直徑不小于5cm。透鏡焦距可根據實際測試場地的空間情況靈活設計。一般情況下L1焦距以10-20cm，L2以2-5cm為宜。S為待測發光樣品；Z所示的方向為待測樣品在測試過程中的掃描方向；A為小孔光闌，最好的選擇為可變光闌，光闌通光口徑1-10mm連續可調。

附圖2為探測器輸出信號隨入射光強的變化實驗曲線，圖中A區域對應的入射光強范圍即為探測器的線性工作區，B區域對應的入射光強范圍為探測器的飽和區。每次測試前均應首先測定系統的該響應曲線，并通過調節入射激光光強使得測試過程中探測器始終工作在圖中的A區域。

附圖3為利用附圖1所示的實驗裝置測試得到的固體發光材料PM597激光染料的開口Z掃描實驗結果。由于該材料的三階非線性極化率實部很小，在相同實驗條件下未測試到其閉口實驗結果。

附圖4為利用附圖1所示的實驗裝置測試得到的標準測試材料二硫化碳的閉口Z掃描測試結果。該測試結果與相關文獻報導的測試結果一致，驗證了本測試系統的可靠性。

本發明具體實施方式如下：