[发明专利]一种高灵敏度频域滤波挡板Z扫描测量材料非线性的方法

说明书

技术领域

本发明所涉及的是一种测量材料的光学非线性的方法，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。测量材料光学非线性方法有很多，如非线性干涉法，简并四波混频、近简并三波混频，椭圆偏振法，光束畸变法等。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，是目前最常用测量材料光学非线性的方法，PO Z-scan技术(Junyi Yang and Yinglin Song，“Direct observation of the transient thermal-lensing effect using the phase-object Z-scan technique”，Optics Letters，34：157-159(2009))就是在传统Z-scan的基础上，在透镜的前焦面的位置加一个相位物体。与传统Z-scan相比，所测量材料非线性折射的结果由传统Z-scan的峰谷特征曲线变成了单峰或单谷特征曲线。平顶光束Z扫描(zhao w.Palffy-Muhoray P.，″z-scan technique using top hat beams″，Appl Phys lett，63：1613-1615(1993))，将z扫描测量灵敏度提高2.5倍，日蚀法Z扫描(T.Xia，D.J.Hagan，M.sheik-Bahae，andE.W.Van Stryland，“eclipsing z-sdan measurement of λ/10^-4 wave-front distortion，Optics letters，19：317-319(1994))利用圆片取代普通Z扫描装置的远场小孔，并用放在它后面的透镜收集边缘光束进入探测器，能够测量约λ/10^-4的波前畸变，但是由于边缘光强较弱，边缘噪声降低了测量信噪比，从而限制了灵敏度进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高灵敏度频域滤波挡板z扫描测量材料非线性的方法，通过频域滤波技术，能大大降低系统噪声，从而使测量灵敏度比普通z扫描提高两个量级。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高灵敏度频域滤波挡板Z扫描测量材料非线性的方法，包括如下步骤：将一束激光进行扩束准直后，入射至一圆形光阑，通过光阑的光束由第一半透半反镜分为两束：其中一束为监测光，经凸透镜会聚后由第一探测器记录，另一束为探测光，经第一凸透镜聚焦到待测样品上，使待测样品产生光学非线性；所述待测样品可通过位移平台在第一凸透镜的焦平面附近左右移动；经过所述待测样品调制激光脉冲被第二半透半反镜分为两束：其中一束经第二凸透镜会聚后被第二探测器接收(开孔)，另一束经过第三凸透镜会聚后进入第三探测器(闭孔)；在所述圆形光阑经由第一凸透镜和第三凸透镜组成的透镜组后成像的像平面位置放置一同轴圆形挡板，在所述第一凸透镜焦点经第三凸透镜成像像点位置放置一同轴滤波小孔；具体测量步骤为：

(1)在远离第一凸透镜焦点位置放置待测样品，在脉冲激光作用同时，使待测样品由在第一凸透镜的焦点左侧向右侧方向或者由在焦点右侧向左侧方向运动，记录样品运动过程中在不同位置由第二探测器、第三探测器所测能量分别与第一探测器所测能量比值；

(2)对步骤(1)中获得的比值曲线进行处理，获得所需的检测材料的光学非线性吸收和非线性折射系数。

上述技术方案中，所述步骤(2)中的对比值曲线进行处理包括：将步骤(1)中得到的比值数列与该数列中初始数值相除，得到样品归一化的非线性透过率曲线，对归一化的非线性透过率曲线进行理论拟合得到非线性吸收和非线性折射系数。

上述技术方案中，所述圆形光阑和圆形挡板组合后的透过率小于0.1。