[发明专利]一种各向异性非线性光学特性测量装置及其测量方法

说明书

一种各向异性非线性光学特性测量装置，依次位于第一光路上、可发出线偏振光的脉冲激光发生器、调节激光偏振方向的偏振补偿器、进行分束的分束镜、进行聚焦和放大的物镜、夹住样品沿Z轴移动的电动位移平台、与物镜共焦的第一透镜、可调孔径的光阑、进行二次聚焦的第二透镜、探测样品信号T_S的第一光电探测器以及位于第二光路并探测激光参考信号T_R的第二光电探测器；第一光路为Z轴方向，且与第二光路成夹角。本发明提供了一种各向异性非线性光学特性测量装置。与现有技术相比较，本发明的非线性光学特性测量装置及其测量方法满足了各向异性样品的非线性光学特性测量的需求。

技术领域

本发明涉及非线性光学测量领域，特别是涉及一种各向异性非线性光学特性测量装置及其测量方法。

背景技术

在非线性光学中，一定频率的入射光可以通过与介质相互作用而转换成其他频率的光，还可以产生一系列在光谱上周期分布不同频率和光强的光。人们利用光束通过光学系统时入射光强与透射光强之间的非线性关系，实现光开关、激光调制等。所以说，研究非线性光学对于激光技术、光谱学的发展以及物质结构分析等都有着重要的意义。研究及寻找新的非线性光学材料，例如有机高分子、有机晶体等更是现今非线性光学的热点之一。非线性光学晶体材料影响着光通信业发展。

在非线性光学晶体材料的研究中，由于单束Z扫描技术操作简单，灵敏度高而被广泛使用。传统的Z扫描测量装置请参阅图1，由激光器(图未示)输出的高斯光束经过分束器BS后分为第一光束与第二光束，第一光束被第一探测器D1所接收形成参考信号T_R，以标定光源的功率。第二光束经过聚透镜L后聚焦于O点作为Z轴的原点，且第二光束进入样品100，第二探测器D2接收第二光束经位于光轴上的远场小孔后的光信号并形成样品信号T_S。当所述样品100沿Z轴相对于焦平面移动时，由于所述样品100的非线性作用，经远场小孔后的光强透过率将发生变化，光束的发散或会聚。将T_S/T_R设为归一化透过率T，归一化透过率T与所述样品100在Z轴的位置成一一对应关系，记录归一化透过率T与所述样品100在Z轴的位置并绘制成函数曲线可获得T-z函数曲线，即Z扫描曲线。通过Z扫描曲线就能获取所述样品100的非线性折射率等参数。对于不同物理机理的样品，其Z扫描曲线形状也不相同，因此通过对不同样品进行Z扫描，并绘制T-z函数曲线能获得不同样品的非线性光学特性。

另一方面，各向异性晶体材料具有各向异性非线性光学特性，具体表现为在二维方向上材料有不同的电极化强度、折射率等性能数值。尽管激光的出现为非线性光学的研究提供了强度高和相干好的光束，为现代技术中发现各种非线性光学效应奠定了基础。然而并不是所有材料在强激光的作用下都能产生非线性效应，只有满足相位匹配的条件下才能实现对非线性材料的观察。实现相位匹配其中一个方法就是改变入射光的角度。据此，如果要测量各向异性样品的各向异性非线性光学特性，也可以通过改变入射光偏振角度相对于各向异性的晶轴夹角来获取。然而，上述传统的Z扫描测量装置仅提供单一的入射光偏振角度，没有考虑到入射激光的偏振状态，难以满足各向异性非线性光学特性测量的需求。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种各向异性非线性光学特性测量装置，为Z扫描时提供相对于各向异性的晶轴不同夹角的入射线偏振光，以满足各向异性非线性光学特性测量的需求。

本发明采取的技术方案如下：

一种各向异性非线性光学特性测量装置，依次位于第一光路上、可发出线偏振光的脉冲激光发生器、调节所述线偏振光偏振方向的偏振补偿器、对所述线偏振光进行分束的分束镜、对所述线偏振光进行聚焦的物镜、夹住样品沿Z轴方向移动的电动位移平台、与所述物镜共焦的第一透镜、可调孔径的光阑、对所述线偏振光进行二次聚焦的第二透镜、探测所述线偏振光的样品信号T_S的第一光电探测器以及位于第二光路并探测所述线偏振光的参考信号T_R的第二光电探测器；所述第一光路为Z轴方向，且与所述第二光路成夹角。