[發明專利]一種同軸無夾角泵浦探測方法及系統

有效

• 申請號: 201810240533.5
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108469426B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 楊俊義;宋瑛林;楊勇
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 張歡勇

本發明公開了一種泵浦光和探測光同軸無夾角的泵浦探測方法及系統，用于光學非線性的檢測，把激光束分為兩束，其光強大的一束為泵浦光，光強弱的一束為探測光，泵浦光經過時間延遲聚焦到待測非線性樣品上，使處于基態的非線性樣品產生非線性吸收；探測光經過一個同心擋板后由透鏡會聚到待測非線性樣品上，出射的泵浦光被第二個同心擋板遮擋，探測光經過第二個擋板后全部進入探測器；探測光路中透鏡前面的擋板和透鏡后面的擋板到透鏡的距離符合透鏡成像規律，且透鏡前面擋板的半徑大于泵浦光的反射鏡半徑，后擋板的半徑能夠全部擋住泵浦光，并能使探測光全部通過；無需偏振片及濾光片就能實現泵浦光和探測光同軸測量材料瞬態光學非線性吸收動力學。

技術領域

本發明所涉及的是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裝置，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,其中弄清材料的光學非線性機制，如何準確的確定材料重要的物理參量對于如何應用材料是非常重要的。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 asingle 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的確定材料的光學非線性機制以及材料對應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-scanmeasurements 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。另外該方法雖然采用的是同軸泵浦探測的方式，但是該方法的同軸泵浦探測方法利用偏振片或者濾光片，針對不同波長的激光需要更換對應的偏振片或者濾光片，另外該種方法且該種方法對偏振片或者濾光片的參數要求非常高，否則實驗結果誤差很大。如果利用偏振片，則泵浦光和探測光之間的夾角只能為90°。如利用濾光片，則兩個光路的激光波長不能相同，及只能采用非簡并泵浦探測的方法，不能實現簡并泵浦探測。

另外還有一種可以同時測量瞬態非線性吸收和非線性折射的相位物體泵浦探測技術(Junyi Yang，Yinglin Song，Yuxiao Wang，Changwei Li，Xiao Jin，and Min Shui，“Time-resolved pump-probe technology with phase object for measurements ofoptical nonlinearities”，Optics Express 17，7110–7116(2009))，就是在原有傳統泵浦探測系統的基礎上，在探測光路的透鏡前焦面的位置加一個相位物體，但是該方法泵浦光和探測光之間有一定的夾角，不能實現泵浦光和探測光同軸。