[发明专利]超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置及方法及延时阶梯窗口

说明书

本发明属于非线性光学领域，为解决双光路泵浦探测光路结构复杂问题，公开了一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置及方法延时阶梯窗口，入射激光束经过阶梯窗口后被凸透镜会聚至待测样品架上放置的待测样品上，阶梯窗口心设置为一个中间具有一定深度的空心柱，空心柱周围为多层阶梯形状分布的台阶，台阶从旋转中心至边缘方向高度逐步降低。本发明只需要一束激光，无需将光路分成泵浦光路和探测光路，也不需要调节两束激光之间的延迟时间，就可实现单脉冲泵浦探测技术，即在一个脉冲激光的作用下获得材料完整的时间分辨曲线，从而用来确定材料的光学非线性机制，并可同时准确的测量材料重要的非线性光学参数。

技术领域

本发明涉及一种研究材料的非线性光学物理机制以及测量其光学物理参数的装置，属于非线性光学领域。

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,其中弄清材料的光学非线性机制，如何准确的确定材料重要的物理参量对于如何应用材料是非常重要的。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 asingle beam”,IEEE J.Quantum Elect,26,760-769(1990))是目前最常用的单光束测量材料光学非线性的方法，此方法是在光束畸变测量方法的基础上提出的,其优点是光路简单，处理方法简单，测量精度高,并且可同时测量非线性吸收与折射。但这种方法很难准确的确定材料的光学非线性机制以及材料对应重要的光学物理参数。

在Z-scan的基础上,1994年J.Wang等人提出了时间分辨Z-scan技术(J.Wang,M.Sheik-Bahae,A.A.Said,D.J.Hagan,and E.W.Van Stryland,“Time-resolved Z-scanmeasurements of optical nonlinearities”,J.Opt.Soc.Am.B,11,1009-1017,1994)。这种方法通过对样品出射的不同时刻探测光强度的变化情况的分析来确定材料光学非线性的机制以及各个能级重要的光学物理参数。但这种方法在测量样品非线性折射随时间变化的特征时比较麻烦，而且误差比较大，具体表现为：(1)测量时需先测量样品的非线性吸收的时间特征，然后再把样品分别放在两个位置进行非线性折射时间特征的测量，最后还要除去非线性吸收的影响。(2)不能同时进行非线性吸收和非线性折射时间特征的测量，由于不同时刻激光的空间分布和能量是不同的，从而会引起较大的测量误差。另外还有一种可以同时测量瞬态非线性吸收和非线性折射的相位物体泵浦探测技术(Junyi Yang,YinglinSong,Yuxiao Wang,Changwei Li,Xiao Jin,and Min Shui,“Time-resolved pump-probetechnology with phase object for measurements of optical nonlinearities”,Optics Express 17,7110–7116(2009))，就是在原有传统泵浦探测系统的基础上，在探测光路的透镜前焦面的位置加一个相位物体。

但是，上述这些技术都有一个共同的特点，都需要通过移动平台来实现两束光延迟，从而实现时间分辨。在实验的过程中，需要多个泵浦脉冲激光材料获得一个时间分辨曲线结果。如只存在一个脉冲泵浦光，该技术就不能获得材料的时间分辨特征曲线。另外目前所有的泵浦探测光路都利用分束镜将入射激光分为两束，一束为泵浦光，另外一束为探测光，且在实现过程中需要靠调节两束光的延迟时间确定零延时点，操作比较繁琐。

发明内容

为解决双光路泵浦探测光路结构复杂问题，本发明的技术方案如下：