非線性薄膜材料的光學非線性測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于非線性光子學材料和非線性光學測量技術領域，涉及一種非線性光子學材料的光學非線性測量裝置，尤其涉及一種非線性薄膜材料的光學非線性測量裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著高功率激光技術、光學通信以及光信息處理等領域的高速發展，非線性光學材料在光開關、全光器件、高速光電設備、高功率激光器件、激光防護及光限幅等方面的應用日益引起人們的廣泛關注。而非線性光學材料的發展主要依賴于光學非線性測量技術的研究。目前，常用的光學非線性測量技術有簡并四波混頻、三波混頻、三次諧波法、非線性干涉法、非線性橢圓偏振法、馬赫-曾德干涉法、4f相位相干成像法、Z掃描法等。其中 Z 掃描方法(M.Sheik-Bahae, A.A.Said, E.ff.Van Stryland.High-sensitivity,Single-beam n2 Measurements.0pt.Lett.1989, 14:955 - 957)是目前最為常用的測量材料光學非線性的方法，它具有可以同時測量非線性折射和非線性吸收，裝置簡單，靈敏度高等優點。4f 相位相干成像系統(G.Boudebs and S.Cherukulappurath，“Nonlinearoptical measurements using a 4f coherent imaging system with phase object”Phys.Rev.A，69，053813 (2004))是近年來發展起來的測量光學非線性的一種新方法，具有光路簡單、單脈沖測量，無需樣品移動、對光源能量穩定性要求不高等優點。
[0003]申請號為200820041810.1的實用新型專利就公開了一種基于Z掃描的栗浦探測裝置。該栗浦探測裝置包括激光光源、分束器，所述分束器把入射激光束分為兩束，分別進入栗浦光路和探測光路，所述栗浦光路包括時間延遲部件和凸透鏡；所述探測光路包括凸透鏡、出射分束器和兩個探測器，待測樣品位于凸透鏡的后焦面上，在所述探測光路的凸透鏡之前，設置有相位物體。把激光束分為兩束，光強較強的一束為栗浦光，較弱的一束為探測光，栗浦光經過時間延遲聚焦到待測樣品上，使處于基態的非線性樣品產生非線性吸收和非線性折射；待測樣品位于探測光光路中凸透鏡的焦平面上，出射的探測光經過一分光鏡分為兩束，一束直接進入第一探測器，另一束通過一個中心和光軸重合的小孔徑光闌合后進入第二探測器；在所述探測光光路中，凸透鏡之前設置有相位物體。
[0004]上述栗浦探測裝置隨可以用于確定材料的光學非線性機制并可同時準確的測量材料重要的非線性光學參數。該栗浦探測裝置中由于作為栗浦光的光強較強，且該栗浦光透過待測材料后再在探測器上成像，因而當待測材料為薄膜材料時，光強較強的栗浦光透射過薄膜材料后，會因為累積熱效應可能對薄膜材料造成損傷，影響薄膜材料的各種光學特性。而且如果為非透明薄膜材料，會因為透過率過低，導致無法準確測量。此外，由于透過待測樣品的激光在經分光鏡后的兩束激光分別由兩個探測器進行探測，激光器在發射激光進行光學非線性測量的過程中，在不同時刻由激光器發射的激光能量可能有所不同，兩個光電探測器的響應也不完全一致，因而激光器發射的激光能量的不同將影響待測樣品的光學非線性測量結果，最終致使待測樣品的光學非線性測量結果誤差較大。
【發明內容】
[0005]本實用新型的發明目的在于:針對現有技術存在的問題，提供一種非線性薄膜材料的光學非線性測量裝置，測量裝置中栗浦光和探測光在薄膜材料上產生反射，減少栗浦光對薄膜材料造成的損傷，同時也適用于非透明薄膜材料的測量；且該測量裝置中設置一塊CCD相機同時接收“開孔”測量光和“閉孔”測量光，可有效消除因激光器發射的激光能量抖動對待測樣品的光學非線性測量結果造成的影響，提高測量結果的準確度。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[0007]一種非線性薄膜材料的光學非線性測量裝置，包括激光器、栗浦光路、探測光路、測量光路和計算機處理系統；所述激光器產生的入射激光入射至第一分束器后并由第一分束器分成栗浦光和探測光；所述栗浦光經栗浦光路入射至待測樣品，所述探測光經探測光路入射至待測樣品，所述探測光在待測樣品上產生反射形成反射激光，反射激光入射至第二分束器后并由第二分束器分成透射測量光和反射測量光；所述透射測量光、反射測量光分別經開孔測量光路、閉孔測量光路后通過衰減器入射至同一 CXD探測器并在CXD探測器上得到一系列開孔測量光斑和閉孔測量光斑；所述CCD探測器與計算機處理系統電連接，所述CCD探測器上得到的測量光斑和監測光斑傳輸至計算機處理系統。
[0008]作為本實用新型的優選方案，所述探測光路包括第一反射鏡、相位光闌和第一透鏡，所述探測光在第一反射鏡上產生反射形成反射探測激光，反射探測激光依次經相位光闌、第一透鏡后入射至待測樣品。
[0009]作為本實用新型的優選方案，所述相位光闌為環形結構，所述相位光闌的中心陰影區域與其他區域的相位差為η/2。
[0010]作為本實用新型的優選方案，所述相位光闌置于第一透鏡的前焦平面上，所述待測樣品置于第一透鏡的后焦平面上。
[0011]作為本實用新型的優選方案，入射到待測樣品的栗浦光和入射至待測樣品的探測光之間的夾角α為10° -20°。
[0012]作為本實用新型的優選方案，所述栗浦光路包括第二反射鏡、直角棱鏡、第三反射鏡和第二透鏡，所述栗浦光入射至第二反射鏡上產生反射形成反射栗浦激光，反射栗浦激光經直角棱鏡后入射至第三反射鏡并在第三反射鏡上產生再次反射形成再反射栗浦激光，再反射栗浦激光經第二透鏡后入射至待測樣品。
[0013]作為本實用新型的優選方案，所述開孔測量光路包括第四反射鏡，所述透射測量光入射至第四反射鏡并在第四反射鏡上產生反射形成開孔測量光，所述開孔測量光通過衰減器入射至CCD探測器并在CCD探測器上得到一系列開孔測量光斑。所述閉孔測量光路包括小孔光闌，所述反射測量光通過小孔光闌形成閉孔測量光，所述閉孔測量光通過衰減器入射至CXD探測器并在CXD探測器上得到一系列閉孔測量光斑。
[0014]作為本實用新型的優選方案，所述小孔光闌的孔徑的尺寸與相位光闌在遠場的衍射光斑的尺寸相同
[0015]作為本實用新型的優選方案，所述開孔測量光與閉孔測量光相互平行。
[0016]作為本實用新型的優選方案，所述第一分束器的反射一透射比大于10:1。
[0017]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:
[0018]本實用新型中，栗浦光經栗浦光路入射至待測樣品，栗浦光使處于基態的非線性薄膜材料產生非線性吸收和非線性折射，探測光經探測光路入射至待測樣品，探測光在待測樣品上產生反射形成反射激光，激光在待測樣品上產生反射時對薄膜材料造成的損傷明顯低于激光在待測樣品上產生透射時對薄膜材料造成的損傷；測量光和監測光依次經衰減器后入射至同一塊CXD探測器并在CXD探測器上得到一系列測量光斑和監測光斑，由于一塊CCD探測器上同時接收測量光和監測光，在通過處理測量光斑和監測光斑并得出待測樣品的非線性折射系數的過程中，可有效消除因激光器發射的激光能量抖動對待測樣品的光學非線性測量結果造成的影響，從而提高測量結果的準確度。
[0019]此外，栗浦光路中設有由兩個反射鏡和一個直角棱鏡組成的時間延遲部件，通過移動直角棱鏡，調節直角棱鏡與反射鏡之間的距離，改變栗浦光束傳播距離，達到調節延遲時間的目的，從而可測量薄膜材料的光學非線性時間特性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0021]圖2為本實用新型中的相位光闌示意圖
[0022]其中，附圖標記為:1一激光器、2—第一分束器、5—第一反射鏡、6—相位光闌、7—第一透鏡、8—待測樣品、9 一第二反射鏡、10—直角棱鏡、11 一第三反射鏡、12—第二透鏡、13—第二分束器、14一第四反射鏡、15—小孔光闌、16—衰減器、17 — CXD探測器、18—計算機處理系統。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0024]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0025]實施例1
[0026]—種非線性薄膜材料的光學非線性測量裝置，該光學非線性測量裝置主要用于測量非線性薄膜材料的光學非線性參數以及光學非線性時間特性。
[0027]該光學非線性測量裝置包括激光器1、栗浦光路、探測光路、測量光路和計算機處理系統18。激光器I產生入射激光并入射至第一分束器2，入射激光由第一分束器2分為栗浦光和探測光兩束激光。該栗浦光進入栗浦光路并通過栗浦光路入射至待測樣品8。其中，該栗浦光路包括第二反射鏡9、直角棱鏡10、第三反射鏡11和第二透鏡12，入射進栗浦光路的栗浦光先入射至第二反射鏡9，栗浦光在第二反射鏡9上產生反射形成反射栗浦光。反射栗浦光經直角棱鏡10后入射至第三反射鏡11，并在第三反射鏡11上產生再次反射形成再反射栗浦激光，再反射栗浦激光經過第二透鏡12后射出栗浦光路并入射至待測樣品8。第二反射鏡9、直角棱鏡10和第三反射鏡11共同組成時間延遲部件，并通過移動直角棱鏡10調節直角棱鏡10與第二反射鏡9、第三反射鏡11之間的距離，改變栗浦光在栗浦光路中的傳播距離，達到調節延遲時間的目的。該探測光進入探測光路并通過探測光路入射至待測樣品