[发明专利]单脉冲平顶光测量材料光学非线性的装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高灵敏度单脉冲平顶光测量材料光学非线性的装置，属于非线性光子学材料和非线性光学信息处理领域。本发明还涉及上述装置的的测量方法。

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，AliA.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装置。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。但这种装置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，增加了测量装置的成本。PO Z-scan技术(Junyi Yang and 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，这种测量装置也需要样品在激光传播方向的移动，需要激光多次激发，容易损伤材料。T-PO测量材料非线性技术(Junyi Yang，Xueru Zhang，Yuxiao Wang，Min Shui，Changwei Li，Xiao Jin，and Yinglin Song，“Method with a phase object for measurement of optical nonlinearities”，Optics Letters，34：2513-2515(2009))在PO Z-scan技术的基础上，将样品放置在系统的焦平面，无需移动，通过测量透过小孔的归一化非线性透过率就可以测量样品的光学非线性。这种方法的测量灵敏度和一般的测量方法一样，在一定的条件下，不能达到测量的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种单脉冲平顶光测量材料光学非线性的装置，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。

为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案是：一种单脉冲平顶光测量材料光学非线性的装置，其包括：

-扩束系统，所述扩束系统由第一凸透镜和第二凸透镜组成，所述第一凸透镜、第二凸透镜在水平方向上左右放置；

-测量系统，所述测量系统由小孔、第三凸透镜、第二分束器、第四凸透镜、第二探测器、圆形小孔、圆形挡板、第五凸透镜和第三探测器组成，在水平方向上，在所述第二凸透镜右侧，所述小孔、第三凸透镜、待测样品、圆形小孔、圆形挡板、第五凸透镜和第三探测器从左向右依次放置，在待测样品与圆形小孔之间设置有第二分束器，所述第二分束器的下方依次设置有第四凸透镜和第二探测器；

-参考系统，所述参考系统由第一分束器和第一探测器组成，所述第一分束器设置在小孔和第三凸透镜之间，所述第一探测器设置在第一分束器下方；