[发明专利]一种基于Z扫描的光束束腰半径测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于Z扫描的光束束腰半径测量方法，其特征在于，使用的Z扫描系统包括光源、分光元件和聚焦元件，所述光源用于发出预设光束，所述分光元件用于将所述预设光束分成参考光束和测量光束，所述聚焦元件用于将测量光束汇聚而入射到样品；

所述方法包括：

控制样品沿测量光束的z轴移动，分别获得样品在不同的z轴位置时参考光束的能量以及测量光束透射过样品后的能量，分别为第一能量和第二能量；

根据样品在同一z轴位置的第一能量和第二能量，获得在本z轴位置的透过率；

根据各个z轴位置的位置数据以及样品在各个z轴位置的透过率获得测量光束束腰处的位置，并根据各个z轴位置的透过率进行拟合获得测量光束的束腰半径；

根据各个z轴位置的位置数据以及样品在各个z轴位置的透过率获得测量光束束腰处的位置，并根据各个z轴位置的透过率进行拟合获得测量光束的束腰半径包括：

获得样品在各个z轴位置的归一化透过率；

根据各个z轴位置的位置数据以及样品在各个z轴位置的归一化透过率获得测量光束束腰处的位置，并根据各个z轴位置的归一化透过率进行拟合获得测量光束的束腰半径；

根据以下公式获得样品在任一z轴位置的归一化透过率：

T_n＝T/T₀；

其中，T_n表示在本z轴位置的归一化透过率，T表示在本z轴位置的透过率，T₀表示样品在线性吸收情况下的透过率。

2.根据权利要求1所述的基于Z扫描的光束束腰半径测量方法，其特征在于，根据样品在同一z轴位置的第一能量和第二能量，根据以下公式获得在本z轴位置的透过率：

T＝E₁*SRR/E₂；

其中，T表示透过率，E₁表示第一能量，E₂表示第二能量，SRR表示在空置样品情况下参考光束能量与测量光束能量的比值。

3.根据权利要求1所述的基于Z扫描的光束束腰半径测量方法，其特征在于，具体包括：控制样品在同一z轴位置时进行至少两次测量，样品在同一z轴位置相应获得至少两组第一能量和第二能量；

所述根据样品在同一z轴位置的第一能量和第二能量，获得在本z轴位置的透过率包括：

根据样品在同一z轴位置的至少两组第一能量和第二能量，获得样品在本z轴位置的第一能量平均值和第二能量平均值；

根据样品在同一z轴位置的第一能量平均值和第二能量平均值，获得在本z轴位置的透过率。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于Z扫描的光束束腰半径测量方法，其特征在于，根据各个z轴位置的透过率进行拟合获得测量光束的束腰半径包括：

根据样品在各个z轴位置的透过率进行拟合，以及结合测量光束束腰处的位置获得测量光束束腰处的光束质量因子、测量光束的瑞利长度；

根据以下公式获得测量光束的束腰半径：

其中，z₀表示测量光束的瑞利长度，ω₀表示测量光束的束腰半径，λ表示光束的波长。

5.一种基于Z扫描的光束束腰半径测量系统，其特征在于，包括光源、分光元件、聚焦元件、第一能量测量装置、第二能量测量装置和控制装置，所述光源用于发出预设光束，所述分光元件用于将所述预设光束分成参考光束和测量光束，所述聚焦元件用于将测量光束汇聚而入射到样品，所述第一能量测量装置用于测量参考光束的能量，所述第二能量测量装置用于测量测量光束透射过样品后的能量，所述控制装置与所述第一能量测量装置、所述第二能量测量装置分别相连，用于执行权利要求1-4任一项所述的基于Z扫描的光束束腰半径测量方法。

6.根据权利要求5所述的基于Z扫描的光束束腰半径测量系统，其特征在于，还包括用于限制入射到所述分光元件的光束半径大小的光阑。