[发明专利]单脉冲测量材料非线性的方法

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非线性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

非线性光学材料的研究已经成为当今非线性光学的研究热点，而非线性光学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(Mansoor Sheik-Bahae，Ali A.Said，Tai-Hui Wei，David J.Hagan，E.W.Van Stryland.“Sensitive measurement of optical nonlinearities usinga single beam”，IEEE J.Quantum Elect，26，760-769(1990))、4f系统相干成像技术(G.Boudebs and S.Cherukul appurath，“Nonlinear opticalmeasurements using a 4f coherent imaging system with phase object”，Phys.Rev.A，69，053813(2004))、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(Junyi Yang and Yinglin Song，“Directobservation of the transient thermal lensing effect using the POZ-scan”Vol.34，No.2，Doc.ID 100701)，以及基于相位物体的单脉冲测量方法等。其中Z扫描方法，是目前最常用的单光束测量材料光学非线性的方法。但是这种测量方法需要样品在激光传播方向的移动，需要多个激光脉冲，容易对样品造成损伤。4f相位相干成像系统是最近出现的测量材料非线性的新方法。利用4f相位相干成像技术测量非线性折射具有光路简单、样品不需要移动、灵敏度高、对激光光斑分布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，而且对CCD的要求比较高，测量成本比较高。相位物体Z-scan和传统Z-scan一样，这种测量方法也需要样品在激光传播方向的移动，需要激光对样品的多次激发，容易造成样品的损伤。

基于相位物体的单脉冲测量非线性的方法具有处理简单，精度高，成本低等优点，本发明在此方法上作进一步改进，以提高测量精度。

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，以提高非线性测量精度，用于光学非线性材料的检测。

本发明采用的技术方案是：一种单脉冲测量材料非线性的方法，利用透镜扩束系统和光阑将高斯激光脉冲变为近似Tophat型激光脉冲，经相位物体后由分束镜分为两束，一束为监测光，由第一探测器记录，另一束为探测光，经聚焦透镜和待测样品后，通过小孔光阑由第二探测器记录，测量步骤如下：

(1)将样品置于远离聚焦透镜焦平面的位置，分别记录监测光能量和经过小孔光阑后的脉冲光能量，计算脉冲光能量与监测光能量的比值；

(2)将样品移至聚焦透镜的焦平面位置，分别记录监测光能量和经过小孔光阑后的脉冲光能量，计算脉冲光能量与监测光能量的比值；

(3)用步骤(2)中得出的比值除以步骤(1)中得出的比值，得到归一化的非线性透过率，再经过处理得到材料的非线性折射系数。

上述技术方案中，扩束系统采取2个焦距不等的透镜对激光光束进行扩束，并用光阑取出中心的光斑，可获得近似Tophat型光束；当样品置于聚焦透镜的焦平面上时，样品产生非线性同时改变了探测光的强度以及相位的分布；利用获取的归一化非线性透过率得出材料的非线性折射系数是本领域技术人员公知的方法。

上述技术方案中，所述相位物体的相位延迟为0.25π～0.75π，大小为入射的Tophat光斑束腰半径的0.05～0.5倍。

优选的技术方案是，所述相位物体的相位延迟为0.5π，大小为入射的Tophat光斑束腰半径的0.1倍。此时，系统的测量精度最高。相位物体的大小及相位的延迟可以根据实际情况进行优化调节，相位物体的位置可以放在聚焦透镜前的任意位置。

上述技术方案中，所述第二探测器前的小孔光阑的半径的大小可以根据情况调节，优选的技术方案是，小孔光阑的半径的大小等于相位物体的远场衍射光斑的半径大小。