[发明专利]基于迈克尔逊干涉仪的4f相位相干成像装置

说明书

技术领域

本发明所涉及的是一种用于测量非线性光子学介质的三阶非线性折射率的装置，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的飞速发展，非线性光学材料研究日益重要。光开关、相位复共轭、光限幅以及光调制等功能的实现主要依赖于非线性光学材料的研究进展，而光学非线性测量技术是研究非线性光子学材料的关键技术之一。目前常用的测量非线性光学参数方法有Z扫描、4f系统相干成像技术、马赫-曾德尔干涉法、四波混频、三次谐波非线性干涉法、椭圆偏振法等。上述测量方法中的后三种光路比较复杂，而且在测量非线性折射效应的时候无法区分材料三阶极化率的实部和虚部；上述Z扫描技术光路简单、灵敏度高，是目前应用最为广泛的一种测量技术，但是需要样品在激光传播方向上的移动，需要激光多次激发，对薄膜和易损伤的材料不适用，由于需要多次激发，在研究材料的光动力学方面无能为力；上述马赫-曾德尔干涉技术具有单脉冲测量、灵敏度高的优点，但无法区别材料的非线性吸收、光路复杂、数据处理复杂的缺点。

在应用基于迈克尔逊干涉仪的4f相位相干成像装置测量介质非线性折射性质时，具有光路简单、无须相位光阑、实验数据处理简单、对材料的非线性相移的测量不受非线性吸收的影响、单脉冲测量的优点，其在测量薄膜和易损伤材料时的优点也显而易见，而且是研究材料的光动力学性质的有力手段，但传统的4f系统相干成像技术数据的处理较为麻烦、无法避免非线性吸收的影响。

马赫-曾德尔干涉仪的方法最早是由Georges Boudebs等人于2000年提出(G.Boudebs，M.Chis，and X.Nguyen Phu，“Third-order susceptibilitymeasurement by a new Mach-Zehnder interferometry technique”，J.Opt.Soc.Am.B，18(5)，623-627)。这个方法是利用在马赫-曾德尔干涉仪一个臂中产生相位转换而使干涉条纹发生局部的形变，用CCD接收到形变的结果，然后做一次傅立叶变换得到非线性相位转换的函数分布。它同Z扫描方法一样，也属于光束畸变测量，其基本原理是在马赫-曾德尔干涉仪的一个臂上放置样品，通过泵浦的方法让通过此样品的单壁产生非线性相移，从而使干涉条纹产生局域的形变，但是此方法由于产生形变的范围太小，对噪声和激光的稳定性要求很高、数据处理复杂且误差较大。

发明内容

本发明为解决传统4f系统相干成像技术数据的处理较为麻烦、无法避免非线性吸收，以及马赫-曾德尔干涉法存在的形变的范围较小，对噪声和激光的稳定性要求较高、数据处理复杂且误差较大的问题，提供一种基于迈克尔逊干涉仪的4f相位相干成像装置。本发明包含第一线性衰减片1、第一全反射镜2、第一孔径光阑3、第二全反射镜4、第二孔径光阑5、第一分光镜6、第一凸透镜8、第二凸透镜10、第二线性衰减片11、CCD相机13和激光器21，第一线性衰减片1、第一分光镜6、第二孔径光阑5和第二全反射镜4都依次设置在激光器21的发射端口上侧的中心轴线上，第一线性衰减片1的透射光的光轴轴线、第二孔径光阑5的透光孔的中心轴线和第二全反射镜4的中心轴线都与激光器21的激光发射口上侧的中心轴线相重合，第一分光镜6下侧入射点的右侧面与激光器21的激光发射口上侧的中心轴线呈45°角，第二全反射镜4的反射面朝向激光器21的激光发射口，第二线性衰减片11、第二凸透镜10、第一凸透镜8、第一分光镜6、第一孔径光阑3和第一全反射镜2都依次设置在CCD相机13的图像采集面左侧的中心轴线上，第二线性衰减片11的透射光的光轴轴线、第二凸透镜10的透射光的光轴轴线、第一凸透镜8的透射光的光轴轴线、第一孔径光阑3的透光孔的中心轴线和第一全反射镜2的中心轴线都与CCD相机13的图像采集面左侧的中心轴线相重合，第一分光镜6右侧出射点的下侧面与CCD相机13的图像采集面左侧的中心轴线呈45°角，第一全反射镜2的反射面朝向CCD相机13的图像采集面，第一凸透镜8的一个焦点和第二凸透镜10的一个焦点在它们俩之间重合，第一孔径光阑3和第二孔径光阑5的半径大小不相同。

本发明的有益效果是：

(1)与传统4f相干成像系统相比，本发明具有无需专门的相位光栅、不需要测量材料的非线性吸收系数、只需确定干涉条纹的移动既可得到最大非线性相移、数据处理简单的特点；

(2)与马赫-曾德干涉技术相比较，本发明具有光路简单、数据处理容易、对激光器的稳定性要求较低、不受非线性吸收的影响的特点；