[发明专利]基于相位物体单脉冲反射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测量材料的非线性性质的方法，具体涉及一种基于相位物体的单脉冲反射测量介质界面反射光学非线性以及应用反射光测量薄膜光学非线性性质的方法，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。

对于透过率较高的介质，目前常用的测量方法有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、椭圆偏振法等。其中，Z扫描方法光路简单、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，但是这种测量方法需要样品在激光传播方向的移动，需要激光多次激发，对薄膜和易损伤的材料不适用，而且对激光能量的稳定性和样品表面的平整度要求比较高。4f相位相干成像系统(G.Boudebs and S.Cherukulappurath，“Nonlinear optical measurements using a 4f coherentimaging 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。然而，上述几种测量方法都是通过测量透射光的变化来测量介质的光学非线性，对于透过率很低的介质以及研究介质表面光学非线性是不适用的。

针对上述问题，D.V.Petrov等于1994年人提出了可测量介质表面光学非线性的反射Z扫描法(D.V.Petrov，A.S.L.Gomes，and Cid B.de Arabjo，“Reflection Z-scan technique for measurements of optical properties ofsurfaces”，Appl.Phy.Lett，65，1067(1994))，然而，这种方法和传统的透射Z扫描法一样，需要样品在激光传播方向的移动，需要激光多次激发，容易损伤介质的表面；此外，由于是对反射光的测量，反射面在测量的过程中要移动，这就增大了测量的难度并影响了测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相位物体单脉冲反射测量材料非线性的方法，以准确测量介质表面的光学非线性。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于相位物体单脉冲反射测量材料非线性的方法，入射激光通过第一分束镜分成两束，一束为监测光，由第一探测器记录，另一束光经过相位物体后被透镜聚焦到待测样品上，被待测样品表面反射的脉冲光被第二分束镜分成两路，一路直接由第二探测器记录，另一路通过一个中心和光轴重合的小孔光阑后进入第三探测器；其测量步骤为：

(1)在远离焦点光强弱的位置放上待测样品，用第一探测器、第二探测器、第三探测器收集经过光阑后的脉冲光能量，由此计算出开孔反射能量、透过小孔能量分别与监测光能量的比值；

(2)在焦平面位置放上待测样品，用第一探测器、第二探测器、第三探测器收集经过光阑后的脉冲光能量，并计算出开孔反射能量、透过小孔能量分别与监测光能量的比值；

(3)将步骤(2)中得出的两个比值与步骤(1)中得出的两个比值相除，得到待测样品归一化的非线性开孔和闭孔反射率；对这两个归一化的非线性透过率进行理论拟合得到非线性折射和吸收系数。

当相位物体的相位延迟大约为0.5π，大小大约为入射光斑束腰半径的0.1倍时，系统的测量精度达到最高，因此可以根据实际情况进行调节。

上述技术方案中，所述相位物体放在所述透镜前的任一位置。

优选的技术方案是，所述相位物体放在所述透镜的前焦面上。以便于计算。

上述技术方案中，所述小孔光阑的半径等于所述相位物体的远场衍射光斑的半径。