[发明专利]一种利用变化的小孔测量材料光学非线性的方法

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。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。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、相位物体Z-scan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，是目前最常用的平顶光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。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(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。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，增加了测量方法的成本。PO Z-scan技术（Junyi Yangand 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。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。本发明提出一种无需样品移动，通过改变远场小孔的大小就能测量材料的光学非线性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用可调小孔测量材料非线性的方法，在不需要移动样品的前提下，简单而准确地测量材料的非线性折射和非线性吸收。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用可调小孔测量材料非线性的方法，一种高灵敏度单脉冲平顶光测量材料非线性的方法，将激光束先进行扩束，经过一圆形小孔后，获得一束平顶光束，将平顶激光脉冲分为两束，一束为监测光，由第一探测器记录，另一束光为探测光，经透镜作用到待测样品上，使待测样品产生光学非线性；所述待测样品位于光路中透镜的焦点后一定距离处，出射的脉冲光被第二分束器分为两束，一束经透镜会聚后被第二探测器接收（开孔），另外一束通过一个中心和光轴重合的可调小孔后经凸透镜会聚后进入第三探测器（闭孔）；测量步骤为：

⑴在探测光路中透镜后远离焦点的位置放上待测样品，用三个探测器测量脉冲光能量，并分别计算出第二探测器所测能量和第三探测器所测能量与第一探测器所测能量的比值；

⑵在探测光路的透镜的焦点后的一定距离的位置放上待测样品，调节小孔的大小，同时用三个探测器测量脉冲光能量，并分别计算出第二探测器所测能量和第三探测器所测能量与第一探测器所测能量的比值；

⑶对步骤⑴和⑵中获得的比值进行处理，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⑶中的处理包括，将步骤⑵中得到的比值与步骤⑴中得到的对应的比值相除（分为开孔能量的比值和闭孔能量的比值），得到样品归一化的非线性透过率，对归一化的非线性透过率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，所述圆孔的大小可随意调节。

优选的技术方案，所述产生平顶光的小孔和可调小孔到透镜的距离符合透镜成像公式为优选。