[发明专利]太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性晶体特性测试技术，特别涉及一种非线性晶体在太赫兹波段测试其非线性极化系数和吸收系数的装置及方法。

背景技术

非线性晶体一般具有较好的光学透过率，有较高的有效非线性电极化系数，其折射率随外界工作条件的变化而改变。非线性晶体材料广泛应用于激光器等光学系统中，是不可或缺的光学材料，并且很大程度上限制着激光器等现代光学技术的发展与应用，因此样品的非线性极化系数的测试有着十分重要的研究意义。

目前，虽然非线性晶体的应用十分广泛，但是测试样品的非线性极化系数的方法却少之又少，一般通过Maker条纹法进行测定。Maker条纹法以及配套计算软件适用于中高级晶体以及低对称性晶体的非线性极化系数的测定，该方法的实验平台包括激光器、转台、门控积分仪以及探测器等诸多仪器，且对这些仪器的同步性要求强，人工操作很难实现这种同步；Maker条纹法所采集的光电信号属于微弱信号，抗干扰能力差，需要大量采集数据，一次实验通常要采集上千组数据；Maker条纹法通常采用比较法进行测量，实验结果的重复性要求高，测试效率无法保证。尤其在太赫兹波段，要一体化测试样品的吸收系数以及非线性极化系数还没有相关的设备和方法。

发明内容

本发明是针对目前测试非线性晶体的非线性极化系数的方法比较复杂，测试效率低的问题，提出了一种太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置及方法，只需将测试样品放在光路中的不同位置，即可实现对样品在太赫兹波段的非线性极化系数和太赫兹波段的吸收系数的测试。

本发明的技术方案为：一种太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置，由激光光源，分束片，第一反射镜，第二反射镜，第三反射镜，电机，第四反射镜，金属衰减片，第五反射镜，第六反射镜，太赫兹产生装置，太赫兹偏振片，第一抛物面镜，样品架，第二抛物面镜，高阻硅片，第三抛物面镜，探测晶体，凸透镜，1/4波片，沃拉斯通棱镜，第一光电探头，第二光电探头构成，激光光源发出的激光被分束片分成泵浦和探测两路光，探测光被第一反射镜反射进入由第二反射镜、第三反射镜以及电机组成的延迟系统，再被第四反射镜反射经用于调节入射激光光束强度的金属衰减片衰减，被第五反射镜反射至高阻硅片上；分束片出来的泵浦光被第六反射镜反射经过太赫兹产生装置产生太赫兹，太赫兹产生装置出来的准直光，再经太赫兹偏振片被第一抛物面镜聚焦，在第一抛物面镜的焦点位置处放置测试吸收系数的样品架，第二抛物面镜将太赫兹转为平行光反射至高阻硅片上；两路光在高阻硅片处重合，且两路光的光程通过调节延迟系统达到一致；第三抛物面镜将两束光聚焦到探测晶体上，经探测晶体出来的两束光发散，两束光经过凸透镜聚焦再经1/4波片到沃拉斯通棱镜分别聚焦至第一光电探头和第二光电探头处，两个光电探头接收测试信号。

所述金属衰减片可用1/4波片加上偏振分束片替代。

所述高阻硅片用于透射太赫兹波，可用反射太赫兹波的ITO薄膜替代。

所述装置测试太赫兹波段吸收系数的方法，具体包括如下步骤：

1）选用已知的ZnTe或GaAs晶体作为探测晶体，放置在第三抛物面镜的焦点位置，打开装置开始测试，测试得到的时域太赫兹信号作为参考信号；

2）将待测样品放置在样品架上，探测晶体不动，再次进行测试，测试得到的时域太赫兹信号作为样品信号；

3）将参考信号和样品信号的时域太赫兹信号进行傅里叶变换，通过对比参考和样品的太赫兹频域信号，结合测量样品厚度，可计算得出样品在太赫兹波段的吸收系数。

所述装置测试太赫兹波段非线性极化系数的方法，具体包括如下步骤：

1）移开样品架，将待测晶体放置在第三抛物面镜的焦点位置，打开装置开始测试，测出此时经过待测晶体的太赫兹波段信号和两个光电探头的电压或电流差值；

2）测得没有太赫兹信号通过待测晶体时单个光电探头的电压或电流值；

3）将步骤1）和2）测出的太赫兹波段信号和光电探头信号，通过折射率公式可计算得出测试样品在太赫兹波段的非线性极化系数。

本发明的有益效果在于：本发明太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置及方法，构成简单，容易操作。在实际操作过程中，只需要依据实际实验情况调整样品摆放位置，就可实现测试样品在太赫兹波段的非线性极化系数和吸收系数的实验装置的快速转换，从而实现测试样品在太赫兹波段的非线性极化系数和吸收系数的目的。

附图说明

图1为本发明太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置结构示意图；