[发明专利]一种测量非线性光学系数的z扫描测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种测量非线性光学系数的z扫描测量装置，其特征在于，所述的z扫描测量装置沿激光光束方向包括依次设置的激光光源、激光传输模块、样品台模块和光探测模块；

所述的激光传输模块包括沿激光光束方向依次设置的斩波器、第一凸透镜、微孔、第二凸透镜、1/2波片、线性偏振片和第三凸透镜；

所述的样品台模块用于固定待测样品并驱动待测样品沿激光光束方向移动；

所述的光探测模块包括沿激光光束方向依次设置的余弦矫正器、光电探测器和锁相放大器。

2.根据权利要求1所述的z扫描测量装置，其特征在于，所述的激光光源为飞秒再生放大器。

3.根据权利要求1或2所述的z扫描测量装置，其特征在于，所述的激光传输模块还包括位于线性偏振片和第三凸透镜之间的光阑。

4.根据权利要求1-3任一项所述的z扫描测量装置，其特征在于，所述的样品台模块包括电动平台和移动设置于所述电动平台上的样品支架，所述的待测样品固定于样品支架上，所述的样品支架带动待测样品沿电动平台移动；

优选地，所述的样品台模块的中心处与第三凸透镜的距离为第三凸透镜的焦距。

5.根据权利要求1-4任一项所述的z扫描测量装置，其特征在于，所述的激光传输模块和样品台模块均固定在光学平台或光学面包板上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的z扫描测量装置，其特征在于，所述的光探测模块固定于样品支架上，随待测样品一同在电动平台上移动。

7.根据权利要求1-6任一项所述的z扫描测量装置，其特征在于，所述的z扫描测量装置还包括控制采集模块，所述的控制采集模块电性连接所述的样品支架，所述的控制采集模块用于控制样品支架的移动步长；

优选地，所述的控制采集模块与锁相放大器电性连接，所述的控制采集模块用于接收锁相放大器传输的探测信号；

优选地，所述的控制采集模块为计算机。

8.根据权利要求1-7任一项所述的z扫描测量装置，其特征在于，所述的斩波器和光电探测器分别通过不同的同轴信号传输线接入所述的锁相放大器。

9.一种测量非线性光学系数的z扫描测量方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的z扫描测量装置测量非线性光学系数，所述的z扫描测量方法包括：

设定斩波器的频率并旋转1/2波片调节激光功率，设定样品台模块的移动步长和扫描重复次数，测量得到待测样品的透过率，并进行归一化处理；根据激光光束的瑞利长度、第三凸透镜焦点处的中心光强、待测样品厚度、待测样品的位置坐标和归一化后的透过率，计算得到待测样品的非线性光学吸收系数。

10.根据权利要求9所述的z扫描测量方法，其特征在于，所述的z扫描测量方法具体包括如下步骤：

(Ⅰ)测量第三凸透镜焦点处的束腰半径，并根据束腰半径计算激光光束的瑞利长度；设定斩波器的频率并旋转1/2波片调节激光功率，在第三凸透镜焦点处测量激光光束的中心光强；

(Ⅱ)通过控制采集模块设定样品支架的移动步长和扫描的重复次数，运行测试程序，测量得到待测样品的透过率，并进行归一化处理；

(Ⅲ)根据瑞利长度、中心光强、待测样品厚度、待测样品的位置坐标和归一化后的透过率，计算得到待测样品的非线性光学吸收系数；

优选地，步骤(Ⅰ)中，所述的瑞利长度的计算公式见式(1)：

其中，Z₀为瑞利长度，ω₀为束腰半径，λ为激光波长；

优选地，步骤(Ⅲ)中，所述的非线性光学吸收系数的计算公式见式(2)：

其中，T(x)为归一化后的透过率，β₀为非线性光学吸收系数，I₀为中心光强，L_eff为待测样品的厚度，x为待测样品的位置坐标，Z₀为瑞利长度。