[实用新型]基于4f相位相干成像的泵浦探测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量非线性光子学材料的测量装置，特别是一种研究非线性吸收和折射关于时间特性的装置，属于非线性光子学材料和非线性光学信息处理领域。

背景技术

随着光通信和光信息处理等领域技术的飞速发展，非线性光学材料研究日益重要。光学逻辑、光学记忆、光三极管、光开关和相位复共轭等功能的实现主要依赖于非线性光学材料的研究进展。光学非线性测量技术是研究非线性光学材料的关键技术之一。目前常用的测量非线性光学参数的方法有Z扫描、基于4f相位相干成像测量、四波混频、三次谐波非线性干涉法、椭圆偏振法等。除了Z扫描和4f相位相干成像方法以外，其他的测量方法均需两束或两束以上激光，由此导致测量装置的光路复杂化，并且，这类测量装置不能同时测量非线性折射与吸收。

Z扫描方法(Mansoor Sheik-Bahae，Ali A.Said，Tai-Hui Wei，David J.Hagan，E.W.Van Stryland.“Sensitive measurement of optical nonlinearitiesusing a single beam”，IEEE J.Quantum Elect，26，760-769(1990))是目前较常用的单光束测量光学非线性的方法，测量时，将样品放在移动平台上，激光器输出的脉冲光被透镜聚焦到样品上，再被分束器分成两路，一路探测非线性吸收，另一路经过小孔用来探测非线性折射，在测量过程中要移动样品以测量不同光强下的非线性响应。实现上述方法的装置光路简单，可同时测量非线性吸收与折射。但是该方法对激光的空间分布及能量稳定性要求较高测量过程中需要样品在激光传播的方向移动；另外，由于需要激光多次激发，易于造成材料特性的改变以至于损伤，实验测量结果往往还需要进行其他实验来判断是否可靠。

基于4f相位相干成像测量材料的三阶非线性折射率的方法是由GeorgesBoudebs等人于1996年提出(G.Boudebs，M.Chis，and J.P.Bourdin，“Third-order susceptibility measurements by nonlinear image processing”，J.Opt.Soc.Am.B，13，1450-1456(1996))，后来经过几次改进演变成通过在4f系统入射面上加相位光阑来测量材料的非线性。这个方法是受到泽尔尼克空间滤波实验中可以将相位变化转化为光的振幅变化的启发而提出的。它同Z扫描方法一样，也属于光束畸变测量。测量时，把非线性样品放置在一个4f系统的频谱面上，然后让激光通过这个4f系统，用CCD记录光场分布空间的变化，然后配合数值模拟就可以得到材料的非线性折射率。但是，非线性样品受到泵浦光的激发后处于基态的粒子跃向激发态，粒子布居数分布的变化导致对入射光的非线性吸收和非线性折射响应；在此过程中，粒子布居数随着时间是不断变化的，所以对于不同时刻的探测光产生的影响是不同的。在上述基于4f相位相干成像测量方法中，由于对时间项的忽略将导致结果产生比较大的偏差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于4f系统的泵浦-探测的测量装置，实现从空间和时间角度对被检测材料的非线性参数的分析。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于4f相位相干成像的泵浦探测装置，主要由激光器、分束器、探测光路和泵浦光路组成，所述分束器把激光器发出的激光脉冲分束至探测光路和泵浦光路，所述探测光路包括扩束系统、4f系统和记录系统，待测样品位于4f系统的焦平面上，所述泵浦光路包括转向元件和延时光路，泵浦光路的输出聚焦在待测样品上，所述探测光和泵浦光在待测样品处保持空间重叠，两光束的夹角(β)在1.5°到10°范围内。

上文中，分束器把从激光器出来的光分为两束，强的一束为泵浦光，弱的一束为探测光，通常，分束器采用低透高反镜片，透射率与反射率比例为：1∶10～1∶100。泵浦光经过时间延迟系统聚焦待测样品上，使待测样品产生光学非线性效应；探测光经过4f系统测量由泵浦光引起的光学非线性效应，再由记录系统接收，通过分析不同时刻的探测光的情况就可以确定待测样品的光学非线性参数。