[发明专利]单脉冲测量材料非线性折射的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量材料的光学非线性折射的方法，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领域技术的飞速发展，非线性光学材料的研究 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。常用的测量 方法有Z扫描、4f系统相干成像技术、马赫-曾德干涉法、四波混频、三次谐 波非线性干涉法、椭圆偏振法、相位物体Z-scan等。其中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 nonlinearities using a single beam”，IEEE J.Quantum Elect，26，760-769(1990))光路简单、灵敏度高，是目前最常用 的单光束测量材料光学非线性的方法。但是这种测量方法中，样品需要在激光 传播方向进行移动，并且需要激光多次激发，对薄膜和易损伤的材料不适用。 相位物体Z-scan(Junyi Yang and Yinglin Song，“Direct observation of the transient thermal lensing effect using the PO Z-scan”Vol.34，No.2，Doc. ID 100701)是在传统Z-扫描的基础上，在透镜的前焦面的位置加一个相位物 体实现的。与传统Z-扫描相比，所测量材料非线性折射的结果由传统Z-扫描 的峰谷特征曲线变成了单峰或单谷特征曲线。但是，和传统Z-扫描一样，这 种测量方法也需要样品在激光传播方向的移动，需要激光多次激发，容易损伤 材料。

4f相位相干成像系统(G.Boudebs and S.Cherukulappurath，“Nonlinear optical measurements using a 4f coherent imaging system with phase object”， Phys.Rev.A，69，053813(2004))是近年来提出的一种测量材料非线性折射的 新方法。利用4f相位相干成像技术测量非线性折射具有光路简单、灵敏度高、 单脉冲测量，无需样品移动、对光源能量稳定性要求不高等优点。但这种方法 需要对采集的图像进行比较复杂的处理，探测器需要采用CCD，并且对CCD 的要求比较高，增加了测量的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种单脉冲测量材料非线性的方法，只利用一束单脉 冲，简单而准确地测量材料的非线性折射系数，并降低测量的成本。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单脉冲测量材料非线性 折射的方法，将脉冲激光束分为两束，一束为监测光，由探测器记录；另一束 为探测光，经透镜聚焦到待测样品上，所述探测光经过一相位物体后照射到待 测样品上，从待测样品上出射的脉冲光通过一个中心和光轴重合的小孔径光阑 后由第二探测器记录，所述相位物体为环形结构，该环形部与内孔处的相位差 在π/4～3π/4之间，内孔孔径为入射光斑束腰半径的0.1～0.3倍，测量步骤 为，

(1)在远离焦点的位置放上待测样品，用探测器收集经过光阑后的脉冲光能 量，并计算出透过小孔能量与监测光能量的比值；

(2)在透镜的焦平面位置放上待测样品，用探测器收集经过光阑后的脉冲光 能量，并计算出透过小孔能量与监测光能量的比值；

(3)对上述获得的两个比值进行处理，获得所需的检测材料的光学非线性折 射系数。

上述技术方案中，所述探测器和第二探测器可以采用光能量计。

上述技术方案中，所述步骤(3)中的处理包括，将步骤(2)中得出的比值与步 骤(1)中得出的比值相除，得到样品归一化的非线性透过率，对归一化的非线性 透过进行理论拟合得到非线性折射系数。

其中，所述相位物体位于探测光路中透镜之前。为方便计算，优选的技术 方案是，所述相位物体位于探测光路中透镜的前焦面上。