[發明專利]一種利用變化的小孔測量材料光學非線性的方法

在審

• 申請號: 201510328832.0
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104897612A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 楊俊義;宋瑛林
• 申請（專利權）人: 蘇州微納激光光子技術有限公司
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/31
• 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。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,?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方法。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。但這種方法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，增加了測量方法的成本。PO?Z-scan技術（Junyi?Yangand?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，這種測量方法也需要樣品在激光傳播方向的移動。本發明提出一種無需樣品移動，通過改變遠場小孔的大小就能測量材料的光學非線性。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用可調小孔測量材料非線性的方法，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。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種利用可調小孔測量材料非線性的方法，一種高靈敏度單脈沖平頂光測量材料非線性的方法，將激光束先進行擴束，經過一圓形小孔后，獲得一束平頂光束，將平頂激光脈沖分為兩束，一束為監測光，由第一探測器記錄，另一束光為探測光，經透鏡作用到待測樣品上，使待測樣品產生光學非線性；所述待測樣品位于光路中透鏡的焦點后一定距離處，出射的脈沖光被第二分束器分為兩束，一束經透鏡會聚后被第二探測器接收（開孔），另外一束通過一個中心和光軸重合的可調小孔后經凸透鏡會聚后進入第三探測器（閉孔）；測量步驟為：

⑴在探測光路中透鏡后遠離焦點的位置放上待測樣品，用三個探測器測量脈沖光能量，并分別計算出第二探測器所測能量和第三探測器所測能量與第一探測器所測能量的比值；

⑵在探測光路的透鏡的焦點后的一定距離的位置放上待測樣品，調節小孔的大小，同時用三個探測器測量脈沖光能量，并分別計算出第二探測器所測能量和第三探測器所測能量與第一探測器所測能量的比值；

⑶對步驟⑴和⑵中獲得的比值進行處理，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⑶中的處理包括，將步驟⑵中得到的比值與步驟⑴中得到的對應的比值相除（分為開孔能量的比值和閉孔能量的比值），得到樣品歸一化的非線性透過率，對歸一化的非線性透過率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，所述圓孔的大小可隨意調節。

優選的技術方案，所述產生平頂光的小孔和可調小孔到透鏡的距離符合透鏡成像公式為優選。