[发明专利]一种测量材料光学非线性的相位光阑

说明书

技术领域

本发明涉及一种能测出材料三阶光学非线性折射的相位光阑。

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，非线性光子学材料研究日益重要。光逻辑、光存储、光三极管、光开关等功能的实现主要依赖于非线性光子学材料的研究进展。介质光学非线性参数的测量技术是研究非线性光学材料的关键技术。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(1996))就是近年来提出的一种测量材料非线性折射和吸收的新方法。

4f相位相干成像法是一种光束畸变的测量方法，这种方法是在4f系统物平面上放置一个相位光阑，将待测的非线性物体放置在傅里叶平面上，而在出射面上用CCD相机接收出射激光脉冲图像的方法。这种方法可以利用单脉冲同时测量非线性折射系数的大小和符号。相位光阑是在一个圆形光阑的中心制作一个面积更小圆形的相位物体，通过相位物体的光比其它地方的光有一个π/2的相位延迟。当被测材料的非线性折射率为正的时候，CCD接收到的非线性图像由于正相衬的原因，在相位物体的位置强度比周围增强。相反的，当被测材料的非线性这折射率为负的时候，非线性图像的相位物体的位置的强度比周围要弱。

4f相位相干成像法巧妙地利用相位光阑来实现了非线性折射率的大小和符号的测量。

发明内容

本发明提供的一种相位光阑，该相位光阑也能有效的测量和区分介质的三阶非线性折射系数的大小与符号，而且不会影响测量的灵敏度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种测量材料光学非线性的相位光阑，其特征在于，所述相位光阑中处于光阑中心的相位物体为环形相位物体。

相位光阑是通过在一个光阑中心镀透明介质薄膜形成的环形相位物体构成的。相位光阑中心的环形相位物体的位相延迟为2mπ+π/2，其中m为整数。

通过将原来的圆形的统一相位延迟π/2的相位物体改进成对称的环形相位物体，使得环形相位物体所在的区域也产生π/2相位延迟。同样对于非线性折射率为正的样品，在非线性图像中相位延迟为π/2的区域由于正相衬强度增强。相反的，当被测材料的非线性这折射率为负的时候，在非线性图像中相位延迟为π/2的区域由于负相衬强度减小。

利用本发明的光阑在4f相位相干成像系统进行非线性折射率的测量分两部分进行，即非线性测量和能量校准。非线性测量的具体步骤为：

(1)取走待测样品，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为无样品图像。

(2)将待测样品放置在傅里叶平面，将中性衰减片放置在非线性样品之前，使得照射到样品上的光强降低到线性区域，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为线性图像。

(3)将待测样品放置在傅里叶平面，将先前采集线性图像是使用的中性衰减片移到样品之后，用CCD相机采集一个脉冲图像，称为非线性图像。

能量校准是将非线性样品取走，将能量计放置在4f系统的两个凸透镜之间的某一位置使得激光光斑能够全部打到能量计探头上。发射一个激光脉冲，用能量计测量脉冲的能量，同时用CCD相机采集参考光路的参考光斑。由于此时光路中所有器件都是线性器件，所以根据参考光斑的强弱就可以知道入射脉冲能量的大小。这样在非线性测量过程中的入射到待测样品上的脉冲的能量就可以通过同一个激光脉冲产生的参考光斑来计算得到。

测量完毕以后，以线性光斑作为输入通过数值拟合非线性光斑来得到非线性折射率的值。实验的灵敏度是由非线性光阑的强度差值来决定的。对于通常的带有圆形物体的相位光阑，定义归一化以后的非线性图像中相位物体区域的平均强度与相位物体以外区域的平均强度的差值为ΔT。对于环形相位光阑，同理可以定义归一化以后的非线性图像中相位延迟π/2的环形区域的平均强度与无相位延迟的环形物体以外区域的平均强度差值为ΔT′。

数值模拟显示，在相同入射光强的情况下，环形相位物体的相位光阑的非线性图像中，由于相位延迟π/2的方形区域的平均强度与带圆形相位物体的相位光阑的非线性图像中相位物体区域的平均强度几乎相等。所以现在的相位光阑中，对于系统测量的灵敏度不会有影响。