[发明专利]结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光限幅性能测量领域，具体涉及一种多波长测量样品光限幅性能并兼具显微成像功能的测量装置及方法。

背景技术

随着激光在各领域的使用越来越广泛，激光已经融入人们的生活中的方方面面，人们逐渐发现，这种具有高强度特点的光源能够轻易损伤光学器件，尤其是人类的眼睛。因此，防止激光的伤害已经不仅仅是一个科学任务，同时也是一个社会的公共安全问题。对于各类光限幅材料的制备一直是科学家们的研究热点，同时对于具有光限幅性能材料的测量系统也在不断的改进与发展当中。其中Z扫描方法作为测量材料非线性性能的手段(Mansoor Sheik-Bahae,Ali A.Said,Tai-Hui Wei,David J.Hagan,E.W.VanStryland.“Sensitive measurement of opticalnonlinearities using a single beam”,IEEE J.Quantum Elect,26,760-769(1990))，其光路简单，灵敏度比较高，是目前测量材料光限幅性能的主要方法。同时，Taheri等人在1996年提出一种强度扫描的方法(Bahman Taheri,Huimin Liu,B.Jassemnejad,D.Appling,Richard C.Powell,and J.J.Song.“Intensity scan and two photon absorption and nonlinear refraction of C60 in toluene”，Appl ied Physics Letters 68,1317(1996)),该方法通过直接改变入射激光能量，直接得到材料对于不同入射能量的光限幅响应，测量方法简单，精度较高，单次测量时间短，目前也被作为光限幅测量方法广泛使用。

Z扫描技术测量装置简单，测量精度较高，但对待测量样品要求较高，需保证材料表面较为均匀，样品需为透明或半透明材料。同时由于测量过程中光斑尺寸一直变化，无法测量微小尺度下的材料光限幅性能。并且传统测量方式由于光源限制，只能实现单个或某几个波长测量，更换波长过程较为繁琐，需重新调整光路。(参见专利申请号：CN201210487216，公开号：CN102937573A)，该专利使用Z扫描技术进行光限幅测量，使用两个波长作为激发光源，仅仅可以探测部分在该波段范围内有响应的光限幅样品，并且无法测量微观样品所具有的光限幅性能。在测量结束后无法观察到样品表面发生的微小损伤，不利于对材料本身具有的光限幅性能进行更精确的评估。

因此，必须对现有的测量技术进行改进，本发明提出一种可实现多波长测量，同时兼具对微观样品测试及样品损伤阈值探究的新型光限幅测量装置和测量方法。

发明内容

鉴于以上方法的缺点和不足，本发明提供了一种结合显微成像的多波长测试光限幅性能的系统和测量方法，可测量样品在多波长激光下的光限幅性能，并在该系统中加入了显微成像功能，使得该系统可测量宏观和微观各类尺寸样品的光限幅性能，并可观测激光对样品造成的损伤。OPA(optical parametric amplification光学参量放大)装置使得入射激光波长连续可调，简化了光限幅测量过程中更换激光源所需要的光路调整环节，测量得到的样品宽谱限幅性能曲线。系统中加入的显微成像部分，不仅可以弥补传统光限幅测量系统无法测量微观样品的不足，并且可在测量的同时观察到激光光斑，直接得到光斑尺寸大小，从而更精确地计算出入射激光的能量密度。同时利用显微成像装置对比测试前与测试后的样品形貌改变，从而更好的判断样品的光限幅性能阈值。该系统具有适用工作波段宽，响应速度快，测量精度高，测量过程方便的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置，包括飞秒激光器、OPA装置、镀膜全反镜Ⅱ、光阑Ⅰ、光阑Ⅱ、安装在电动旋转台上的格兰泰勒棱镜Ⅰ、格兰泰勒棱镜Ⅱ、镀膜全反射镜、照明光源、分束镜Ⅰ、镀膜全反射镜Ⅳ、分束镜Ⅱ、聚焦透镜Ⅰ、能量计Ⅰ、聚焦物镜、收集物镜、分束镜Ⅲ、聚焦透镜Ⅱ、能量计Ⅱ、CCD和计算机；