[发明专利]一种基于非线性界面切伦科夫倍频的波前探测方法

说明书

本发明涉及一种基于非线性界面切伦科夫倍频的波前探测方法，属于基于非线性光学的波前探测技术领域，根据非线性界面材料，调整待测的基频光入射角度，保证基频光入射至非线性界面产生非线性切伦科夫倍频光，接收并重构倍频光的波前分布，反推基频光的波前分布，本发明基于非线性界面切伦科夫倍频可以在一段宽频谱内自动满足位相匹配关系，实现宽带的频率转换，同时，倍频光与基频光自动分离，无需滤波处理，简化光路，便于测量，此外，倍频光与基频光的波前分布关系对应简单，便于直接进行基频光的波前重构。

技术领域

本发明属于基于非线性光学的波前探测技术领域，具体地说涉及一种基于非线性界面切伦科夫倍频的波前探测方法。

背景技术

光在传播过程中，其波前(位相)可以携带多种物理信息，如大气湍流、光学元件面型误差、光学成像系统像差、生物结构位相特征等。因此波前探测技术在天文观测、光学元件面形检测、生物医学成像等领域有着广泛的应用，并且在某些前沿领域，如量子相干性检测、精密围观操控、材料检测等也发挥了重要作用。对波前的时域分布信息测量，最为常见的是频率分辨光开光法(简称FROG)和光谱相干的直接电场重建法(简称SPIDER)，而为重建空间位相分布，较为常用的方法是利用干涉技术或者采用哈特曼-夏克传感器进行测量，其中干涉技术包含点衍射干涉技术、横向剪切干涉技术等等。

近年来，基于非线性光学的光束波前研究也取得了许多成果。利用非线性过程进行频率转换，可以有效地拓展探测器的测量范围。但是，如果采用一般的共线倍频过程，则存在以下问题：只有在严格位相匹配的条件下，基频光与倍频光波前才会一致，而倍频过程中常见的走离效应、光束发散及光谱宽度等实际问题均会引起位相失配。因此，这种波前探测的思路局限性很大，直接测量困难，需要研究者们做出新的改进。比如根据倍频光光谱强度与基频光光谱强度求得位相失配量，再通过位相失配量与传播角的关系求得基频光波前畸变，但这些改进使得测量方法或复原算法变得较为复杂。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种基于非线性界面切伦科夫倍频的波前探测方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于非线性界面切伦科夫倍频的波前探测方法，包括以下步骤：

S1：根据非线性界面材料，调整待测的基频光入射角度，保证基频光入射至非线性界面产生非线性切伦科夫倍频光；

S2：接收并重构倍频光的波前分布，反推基频光的波前分布。

非线性切伦科夫辐射是一种新型的高效的非共线谐波，其倍频过程的位相匹配关系满足纵向匹配，且具有自动位相匹配的优点，横向无需专门提供波矢或倒格矢即可产生较强辐射。非线性切伦科夫倍频的发生条件是基频光所激发的非线性极化波的相速度大于极化波所产生的二次谐波的相速度。在一般的，基频光与非线性极化波共线的情况下，对于正常色散材料而言，辐射条件天然满足；而对反常色散材料，则需要通过提高极化波的相速度来达到辐射条件。此外，非线性切伦科夫辐射是宽频带的频率转换。

进一步，所述非线性界面处存在非线性系数突变，其通过将两种非线性介质键合获得或通过对非线性晶体进行多种极化产生畴壁获得或设定为非线性介质与空气的交界面。非线性界面的空间不对称性带来了更高的非线性系数以及新的非线性极化张量元，且非线性系数的突变带了额外的倒格矢可补偿横向位相失配。

进一步，所述步骤S1中，所述非线性界面材料为正常色散材料时，基频光沿非线性界面入射或与非线性界面呈夹角入射产生非线性切伦科夫倍频光，且出射的倍频光与非线性界面的夹角大于基频光与非线性界面的夹角。