[发明专利]可实时观察监测z扫描光学非线性测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及非线性光学，特别是一种可实时观察监测z扫描光学非线性测量装置和方法。

背景技术

近年来，全光开关以及光感应器等应用使得研究人员对于具有较大较快非线性特性的材料的研究兴趣浓厚，研究主要包括材料的非线性折射率以及非线性吸收系数等。随着非线性光学材料的飞速发展，需要更灵敏的非线性测量方法，目前主要的非线性系数测量的方法包括简并四波混频法、双波耦合法、椭圆偏振法、光束畸变法以及光克尔效应法等，这些测量方法测量设备复杂，成本较高，精度及效率都不尽如人意，无法达到理想测量效果。

20世纪发展起来的z扫描技术（参见M.Sheik-Bahae,IEEE J.Quantum Electronics26,760-769(1990)）以其简便的装置设计和较高的测量精度，成为目前最常用的测量材料非线性的方法。传统z扫描仅适用于透明材料的非线性测量；同时实验过程中缺乏观测系统无法观察样品表面形貌是否发生变化，进而导致无法确定材料的非线性变化曲线是来源于激光导致的本征效应还是激光导致材料本身结构发生的变化；同时单光路的设计局限了对于不同波长材料非线性特性的研究；更为重要的是忽略了样品反射光信息，使得传统透射z扫描方法处理半透明或不透明样品时数据的不准确。

发明内容

本发明的内容在于提供一种可实时观察监测z扫描光学非线性测量装置和方法，该装置要能够方便地测量两种光源下材料的非线性折射率和非线性吸收系数；不仅可以测量透明材料的非线性折射率和非线性吸收系数，还可以测量不透明，半透明材料的非线性折射率和非线性吸收系数；可以改变作用激光的参数，以便研究不同激光条件下材料的非线性特性；实验中可以实时观察被测点的表面形貌变化情况以及作用激光的波形功率变化。

本发明的技术解决方案如下：

一种可实时观察监测z扫描光学非线性测量装置，特点在于其构成包括输出激光波长λ₁的第一激光器和输出激光波长λ₂的第二激光器，沿所述的第一激光器的激光输出的主光路构成的主光轴依次是第一分光镜、第一激光分光镜、扩束镜、第二分光镜、第一物镜、第一分光棱镜、第二激光分光镜、待测样品、第二分光棱镜、孔径光阑、第一光电探测器，所述的第一激光分光镜与主光轴成45°，所述的第二激光器经过第三分光镜入射到所述的第一激光分光镜；所述的第一信号发生器与第一激光器相连；所述的第二信号发生器与第二激光器相连；所述的第一分光镜与主光轴成45°；在所述的第一分光镜的反射光输出方向设置第五分光镜、第一聚焦透镜、第五光电探测器；所述的第五分光镜与光轴成45°；在所述的第五分光镜的反射光输出方向设置第二聚焦透镜、第六光电探测器；所述的第三分光镜与光轴成45°；在所述的第三分光镜的反射光输出方向设置第四分光镜、第三聚焦透镜、第七光电探测器；所述的第四分光镜与光轴成45°；在所述的第四分光镜的反射光输出方向设置第四聚焦透镜、第八光电探测器；所述的第二分光镜与主光轴成45°；在所述的第二分光镜的反射光输出方向设置第五聚焦透镜、第四光电探测器；在所述的第一分光棱镜的反射光输出方向设置第六聚焦透镜、第三光电探测器；所述的第二激光分光镜与主光轴成45°；在所述的第二激光分光镜的反射光输出方向设置第二物镜、第六分光镜、滤光片、CCD相机；所述的第六分光镜与光轴成45°；在所述的第六分光镜的反射光输出方向设置照明光源；所述的第一分光棱镜、第六聚焦透镜、第三光电探测器、第二激光分光镜、待测样品、照明光源、第六分光镜、第二物镜、滤光片、CCD相机置于样品电机运动平台上；在所述的第二分光棱镜的反射光输出方向设置第七聚焦透镜、第二光电探测器；所述的第一光电探测器，第二光电探测器，第三光电探测器，第四光电探测器，CCD相机、样品电机运动平台、示波器与计算机相连；所述的第五光电探测器，第六光电探测器，第七光电探测器，第八光电探测器，与示波器相连。