[發(fā)明專利]一種測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210698151.3
• 申請(qǐng)日: 2022-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN115128002A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊;王梓鑫;陳晨端;董寧寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01N21/01
• 分類號(hào): G01N21/01;G01N21/84
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發(fā)明提供了一種測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)及方法，其中，測(cè)量方法是將Z掃描技術(shù)和共焦顯微成像集成在一起，采用顯微物鏡進(jìn)行激發(fā)光聚焦、信號(hào)光收集、樣品表面形貌成像以及光斑同步成像，實(shí)現(xiàn)光斑大小的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；使用三維精密平移臺(tái)控制樣品位置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微米級(jí)樣品非線性光學(xué)性質(zhì)的測(cè)量。本發(fā)明方法可以同步測(cè)量材料非線性吸收和非線性折射數(shù)據(jù)，同時(shí)適用于均勻和非均勻、宏觀和微觀樣品的測(cè)量，解決了非均勻不規(guī)則小尺寸樣品非線性性質(zhì)測(cè)試難題，擴(kuò)展了Z掃描技術(shù)的應(yīng)用及測(cè)試范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非線性光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)背景

自1960年Maiman研制出世界上第一臺(tái)紅寶石激光器，激光科學(xué)與技術(shù)得到了飛速發(fā)展。在激光器問世的第二年(1961年)，F(xiàn)ranken等人發(fā)現(xiàn)光學(xué)二次諧波現(xiàn)象，標(biāo)志著非線性光學(xué)作為一門新興學(xué)科正式建立。

非線性吸收和非線性折射屬于三階非線性光學(xué)效應(yīng)，是關(guān)于載流子在實(shí)際能級(jí)之間相互轉(zhuǎn)換的非參量過程。盡管四波混頻、干涉法和泵浦探測(cè)技術(shù)等可以實(shí)現(xiàn)三階非線性吸收系數(shù)或非線性折射率的測(cè)量，但這些方法實(shí)驗(yàn)光路比較復(fù)雜，在實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)分析時(shí)需要克服許多困難。Z掃描技術(shù)是單光束測(cè)量材料非線性吸收和折射的最主要技術(shù)手段，該技術(shù)由Bahae等人于1990年率先提出，后來許多研究者加以改造，是目前測(cè)定光學(xué)非線性最簡(jiǎn)單、快捷、靈敏的實(shí)驗(yàn)方法。然而，傳統(tǒng)Z掃描技術(shù)對(duì)樣品要求較高，只適用于測(cè)試大尺寸均勻連續(xù)膜樣品，對(duì)于小尺寸不規(guī)則樣品很難實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)測(cè)量。針對(duì)以上問題，Y.Li等人提出了顯微非線性強(qiáng)度掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)樣品表面要求較低，可以測(cè)量不均勻樣品，但該方法需要將樣品放置在焦點(diǎn)位置，容易出現(xiàn)因焦點(diǎn)位置光斑面積測(cè)試不準(zhǔn)確而造成較大系統(tǒng)誤差，同時(shí)無法實(shí)現(xiàn)非線性折射信號(hào)的測(cè)試。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)微米級(jí)樣品的非線性光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)，其中，包括脈沖激光器、沿所述脈沖激光器的輸出光束方向依次設(shè)置的第一鍍膜全反鏡、第二鍍膜全反鏡、圓形金屬膜中性密度漸變?yōu)V光片、第一小孔光闌、第一分光平片、第二分光平片、聚焦物鏡、待測(cè)樣品、收集物鏡、第二小孔光闌、第三分光平片、第二中型密度濾光片和第二探測(cè)器；沿所述第一分光平片的反射光方向依次設(shè)置有第一中性密度濾光片和第一探測(cè)器，沿所述第一分光平片的反射方向的另一側(cè)設(shè)置有照明光源氙燈；沿所述第二分光平片的反射方向的另一側(cè)設(shè)置有成像相機(jī)；沿所述第三分光平片的反射方向依次設(shè)置有第三小孔光闌、第三中性密度濾光片和第三探測(cè)器；還包括與所述第一探測(cè)器、第二探測(cè)器和第三探測(cè)器分別電連接的計(jì)算機(jī)；所述待測(cè)樣品設(shè)置在三維精密平移臺(tái)上，所述三維精密平移臺(tái)通過控制器與所述計(jì)算機(jī)電連接；所述成像相機(jī)與所述計(jì)算機(jī)電連接。

所述測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)，其中，所述圓形金屬膜中性密度漸變?yōu)V光片設(shè)置在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)通過控制器與所述計(jì)算機(jī)電連接。

所述測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)，其中，還包括與所述計(jì)算機(jī)電連接的能量計(jì)和光束質(zhì)量分析儀。

所述測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)，其中，所述第一鍍膜全反鏡、第二鍍膜全反鏡、第一分光平片、第二分光平片、第三分光平片與光軸夾角均為45°。

所述測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)，其中，所述第一分光平片對(duì)所述照明光源氙燈的分光比為50％。

一種基于所述系統(tǒng)測(cè)量材料非線性光學(xué)性質(zhì)的方法，其中，包括步驟：

打開脈沖激光器，根據(jù)測(cè)量需要，選擇激光波長(zhǎng)、重復(fù)頻率以及初始能量；