[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

说明书

本发明提供了一种测量非线性光学系数的z扫描测量装置及测量方法，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。用于测量高散射介质的非线性光学吸收系数，可完全克服传统z扫描中开孔模式下光散射和衍射对测量结果的不利影响。

技术领域

本发明属于光学性能测量技术领域，涉及一种z扫描测量装置及测量方法，尤其涉及一种测量非线性光学系数的z扫描测量装置及测量方法。

背景技术

由于非线性光学材料在诸如双光子吸收、饱和吸收体、光限幅开关、光信息处理及激光防护等领域具备巨大的应用前景，因此非线性光学材料备受关注。针对材料的非线性光学特性的准确测量是各项应用的基础。激光Z扫描方法以其操作方便、灵敏度高等特点成为目前非线性光学材料的非线性光学特性的主要表征方法。

CN102692382A公开了一种高灵敏度频域滤波挡板z扫描测量材料非线性的方法，属于非线性光子学材料和非线性光学信息处理领域。本发明的方法中，一透镜的焦点通过另一透镜成像，并于该像点处设置滤波小孔；圆形光阑通过上述两个透镜组成的透镜组成像，在该像平面放置同轴圆形挡板。在脉冲激光作用同时，样品在透镜的焦点附近左右运动，通过测量开孔和挡板、滤波小孔的非线性透过率，确定材料的非线性吸收和非线性折射系数。

CN109406453A公开了一种改进的Z扫描测量方法，包括如下步骤：步骤1，系统初始化：根据实际测量需要，以及激光器参数设置Z扫描装置中器件的初始值；步骤2，预扫描：为确定最优的测量光强，对待测样品(23)进行预扫描；步骤3，测量开孔、闭孔数据：测量相应的开孔透过曲线和闭孔透射曲线，以此来计算出待测样品的非线性吸收系数和非线性折射系数；步骤4，监测部分：对于测量过程中遇到的影响因素进行监测，发现异常及时处理；步骤5，数据处理：根据所测量的数据进行相应处理，得到所需的待测样品的非线性吸收系数和非线性折射系数。

CN105092477A公开了一种非线性厚光子学材料的光学非线性测量装置，包括入射光路、测量光路、监测光路、衰减器、CCD探测器和计算机，所述入射光路包括依次设置的可调能量激光器、二分之一波片、偏振片、透镜I、透镜II、小孔I和分束器；所述测量光路包括依次设置的透镜III、电动平移台和小孔II，所述电动平移台上放置有可沿Z方向移动的待测样品或参考标准样品；所述监测光路包括反射镜，所述监测光经反射镜反射后射出监测光路；经测量光路射出的测量光和经监测光路射出的监测光均通过衰减器入射至同一CCD探测器并在CCD探测器上得到一系列测量光斑和监测光斑；所述CCD探测器与计算机电连接，所述CCD探测器上得到的测量光斑和监测光斑传输至计算机。

现有的激光z扫描技术使样品沿一束聚焦的高斯光束方向上移动，通过一枚固定位置的光探测器记录样品在不同位置下的透过率改变，这样的方法对样品的透明度和平整度提出了较高的要求。近年来，得益于微纳加工技术、材料合成技术的长足发展，一系列诸如介质光子晶体、金属微纳阵列结构、纳米级超细粉末等高散射介质也展现出了优异的非线性光学性质。然而，激光穿过高散射介质后产生散射，离轴成分增加，基于现有z扫描技术的非线性光学性能的测量结果极易失真。此外，许多高散射介质还具备非常低的非线性光学响应，需要更高信噪比的z扫描测量手段。

因而，需要针对现有的激光z扫描测量装置及方法进行改进，以精确地对高散射介质的非线性光学特性展开测量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种测量非线性光学系数的z扫描测量装置及测量方法，用于测量高散射介质的非线性光学吸收系数，可完全克服传统z扫描中开孔模式下光散射和衍射对测量结果的不利影响。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：