[发明专利]基于Z扫描的泵浦探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用光学手段在来测试或分析材料的方法，具体涉及一种研究材料的非线性光学物理机制以及测量其光学物理参数的方法，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技术的飞速发展，非线性光学材料的研究显得日益重要。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，其中弄清材料的光学非线性机制，如何准确的确定材料重要的物理参量对于如何应用材料是非常重要的。Z扫描方法(MansoorSheik-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))是目前最常用的单光束测量材料光学非线性的方法，此方法是在光束畸变测量方法的基础上提出的，其优点是光路简单，处理方法简单，测量精度高，并且可同时测量非线性吸收与折射。但这种方法很难准确地确定材料的光学非线性机制以及材料对应的重要的光学物理参数。

在Z扫描(Z-scan)的基础上，1994年J.Wang等人提出了时间分辨Z-scan技术(J.Wang，M.Sheik-Bahae，A.A.Said，D.J.Hagan，and E.W.VanStryland，“Time-resolved Z-scan measurements of opticalnonlinearities”，J.Opt.Soc.Am.B，11，1009-1017，1994)。这种方法通过对样品出射的不同时刻探测光的位相和强度的变化情况的分析来确定材料光学非线性的机制以及各个能级重要的光学物理参数。但这种方法在测量样品非线性折射随时间变化的特征时比较麻烦，而且误差比较大，具体表现为：(1)测量时需先测量样品的非线性吸收的时间特征，然后再把样品分别放在两个位置进行非线性折射时间特征的测量，最后还要除去非线性吸收的影响。(2)不能同时进行非线性吸收和非线性折射时间特征的测量。由于不同时刻激光的空间分布和能量是不同的，从而会引起较大的测量误差。

因而，需要寻求新的探测方法，以准确地确定材料的光学非线性机制以及材料对应的重要的光学物理参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Z扫描的泵浦探测方法，用于光学非线性材料的检测，在采用一束激光的基础上，确定材料的光学非线性机制并可同时准确的测量材料重要的非线性光学参数。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于Z扫描的泵浦探测方法，把激光束分为两束，光强较强的一束为泵浦光，较弱的一束为探测光，泵浦光经过时间延迟聚焦到待测样品上，使处于基态的非线性样品产生非线性吸收和非线性折射；所述待测样品位于探测光光路中凸透镜的焦平面上，出射的探测光经一分光镜分为两束，一束直接进入第一探测器，另一束通过一个中心和光轴重合的小孔径光阑后进入第二探测器；在所述探测光光路中，凸透镜之前设置有相位物体，其测量步骤为：

①放上待测样品，用两个探测器分别收集不同时刻探测光的能量；

②对上述获得的不同延迟时间的探测光能量曲线进行处理，获得所需的检测材料的光学非线性参数。

上述技术方案中，所述步骤②中的处理包括，分别作出开孔归一化的透射能量以及闭孔除以开孔的归一化随延迟时间的变化曲线，其中开孔归一化透射能量随延迟时间的变化曲线只与非线性吸收有关，闭孔除以开孔的归一化随延迟时间的变化曲线与非线性吸收和非线性折射都有关系，对开孔归一化透射能量随延迟时间的变化曲线进行拟合得到有关非线性吸收的光学参量的大小和寿命；在非线性吸收参数已知的情况下，通过对闭孔除以开孔的归一化随延迟时间的变化曲线进行拟合得到非线性折射相关参量的数值。

其中，所述相位物体位于所述探测光光路中凸透镜的前焦面上。

上述技术方案中，所述泵浦光的时间延迟通过两个反射镜和一个直角棱镜实现，由反射镜改变泵浦光的方向，调节直角棱镜和反射镜之间的间距，改变泵浦光的行进距离，实现对延迟时间的调节。

其中，所述直角棱镜的移动范围为0到22.5cm，时间延迟范围为-200ps到1.3ns。