非線性厚光子學(xué)材料的光學(xué)非線性測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于非線性光子學(xué)材料和非線性光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種非線性光子 學(xué)材料的光學(xué)非線性測量裝置，尤其涉及一種厚度超過瑞利長度的非線性光子學(xué)材料的光 學(xué)非線性測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著高功率激光技術(shù)、光學(xué)通信以及光信息處理等領(lǐng)域的高速發(fā)展，非線 性光學(xué)材料在光開關(guān)、全光器件、高速光電設(shè)備、高功率激光器件、激光防護(hù)及光限幅等方 面的應(yīng)用日益引起人們的廣泛關(guān)注。而非線性光學(xué)材料的發(fā)展主要依賴于光學(xué)非線性測量 技術(shù)的研究。目前，常用的光學(xué)非線性測量技術(shù)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. W. Van Stryland. High-sensitivity, Single-beam n2 Measurements. Opt. Lett. 1989, 14:955 - 957)是目前最為常用的測量材料光學(xué)非 線性的方法，它具有可以同時(shí)測量非線性折射和非線性吸收，裝置簡單，靈敏度高等優(yōu) 點(diǎn)。4f 相位相干成像系統(tǒng)（G. Boudebs and S.Cherukulappurath，"Nonlinear optical measurements using a 4f coherent imaging system with phase object"Phys. Rev. A， 69,053813(2004))是近年來發(fā)展起來的測量光學(xué)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(dòng)、對(duì)光源能量穩(wěn)定性要求不高等優(yōu)點(diǎn)。但不論是Z掃描方法還是 4f相位相干成像法，其理論均基于"薄樣品"假設(shè)，即只適用于待測樣品厚度小于自由空間 瑞利長度的樣品。對(duì)于厚度超過瑞利長度的非線性樣品，其測量結(jié)果會(huì)出現(xiàn)很大的偏差，不 能達(dá)到測量的要求。此外，傳統(tǒng)的Z掃描過程中，通常采用兩個(gè)光電探測器分別記錄測量光 和監(jiān)測光的能量，通過數(shù)據(jù)處理得出待測樣品的光學(xué)非線性測量結(jié)果。但是，由于激光器在 發(fā)射激光進(jìn)行光學(xué)非線性測量的過程中，在不同時(shí)刻由激光器發(fā)射的激光能量可能有所不 同，兩個(gè)光電探測器的響應(yīng)也不完全一致，因而激光器發(fā)射的激光能量的不同將影響待測 樣品的光學(xué)非線性測量結(jié)果，最終致使待測樣品的光學(xué)非線性測量結(jié)果誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種厚度超過瑞利長度 的非線性厚光子學(xué)材料的光學(xué)非線性測量裝置，通過在該測量裝置中設(shè)置一塊CCD相機(jī)同 時(shí)接收測量光和監(jiān)測光，可有效消除因激光器發(fā)射的激光能量抖動(dòng)對(duì)待測樣品的光學(xué)非線 性測量結(jié)果造成的影響，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種非線性厚光子學(xué)材料的光學(xué)非線性測量裝置，包括入射光路、測量光路、監(jiān)測 光路、衰減器、CCD探測器和計(jì)算機(jī)，所述入射光路包括依次設(shè)置的可調(diào)能量激光器、二分之 一波片、偏振片、透鏡I、透鏡Π 、小孔I和分束器，所述可調(diào)能量激光器產(chǎn)生的入射激光依 次經(jīng)二分之一波片、偏振片、透鏡I、透鏡II、小孔I和分束器后由分束器分成兩束激光，其 中一束激光作為測量光進(jìn)入測量光路，另一束激光作為監(jiān)測光進(jìn)入監(jiān)測光路；所述測量光 路包括依次設(shè)置的透鏡III、電動(dòng)平移臺(tái)和小孔II，所述電動(dòng)平移臺(tái)上放置有可沿Z方向移 動(dòng)的待測樣品或參考標(biāo)準(zhǔn)樣品，所述測量光依次經(jīng)透鏡III、待測樣品或參考標(biāo)準(zhǔn)樣品、小 孔II后從小孔II中射出測量光路；所述監(jiān)測光路包括反射鏡，所述監(jiān)測光經(jīng)反射鏡反射后 射出監(jiān)測光路；經(jīng)測量光路射出的測量光和經(jīng)監(jiān)測光路射出的監(jiān)測光均通過衰減器入射至 同一 C⑶探測器并在C⑶探測器上得到一系列測量光斑和監(jiān)測光斑；所述C⑶探測器與計(jì) 算機(jī)電連接，所述CCD探測器上得到的測量光斑和監(jiān)測光斑傳輸至計(jì)算機(jī)。
[0006] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述分束器的透過率和反射率均為50%。
[0007] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述測量光路中的測量光與監(jiān)測光路中經(jīng)反射鏡反射后 的監(jiān)測光相互平行。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)范圍為-5z。~+5z。，其中z。為入 射激光光束自由空間的瑞利長度。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述小孔II設(shè)置在待測樣品的遠(yuǎn)場位置，且所述小孔II 的孔徑的尺寸與入射激光遠(yuǎn)場衍射光斑的尺寸相同。
[0010] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0011] 本發(fā)明的測量裝置中，入射激光經(jīng)入射光路中的分束器后分成測量光和監(jiān)測光兩 束激光，測量光經(jīng)測量光路后由測量光路的小孔II中射出，監(jiān)測光經(jīng)測量光路中的反射鏡 反射后射出，射出測量光路后的測量光路和射出監(jiān)測光路中的監(jiān)測光依次經(jīng)衰減器后入射 至同一塊C⑶探測器并在CXD探測器上得到一系列測量光斑和監(jiān)測光斑，由于一塊C⑶探 測器上同時(shí)接收測量光和監(jiān)測光，在通過處理測量光斑和監(jiān)測光斑并得出待測樣品的非線 性折射系數(shù)的過程中，可有效消除因激光器發(fā)射的激光能量抖動(dòng)對(duì)待測樣品的光學(xué)非線性 測量結(jié)果造成的影響，從而提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 其中附圖標(biāo)記為：1 一可調(diào)能量激光器、2-二分之一波片、3-偏振片、4一透鏡I、 5-透鏡11、6-小孔1、7-分束器、8-反射鏡、9一透鏡III、10-樣品、11 一電動(dòng)平移臺(tái)、 12-小孔II、13-裝減器、14一CCD探測器、15-計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0016] 實(shí)施例1
[0017] 一種非線性厚光子學(xué)材料的光學(xué)非線性測量裝置，該光學(xué)非線性測量裝置主要用 于測量厚度超過瑞利長度一定范圍的任一厚度的非線性光學(xué)材料的光學(xué)非線性參數(shù)，當(dāng)然 也可以用于測量厚度小于瑞利長度一定范圍的任一厚度的非線性光學(xué)材料的光學(xué)非線性 參數(shù)。
[0018] 該光學(xué)非線性測量裝置包括入射光路、測量光路、監(jiān)測光路、衰減器13、CCD探測 器14和計(jì)算機(jī)15。該入射光路包括依次設(shè)置的可調(diào)能量激光器1、二分之一波片2、偏振片 3、透鏡14、透鏡115、小孔16和分束器7,其中可調(diào)能量激光器1產(chǎn)生的入射激光的能量可 調(diào)，且可調(diào)能量激光器1與二分之一波片2結(jié)合即可任意調(diào)節(jié)入射激光的光強(qiáng)；透鏡14、透 鏡115組合形成擴(kuò)束系統(tǒng)，且入射激光經(jīng)透鏡14、透鏡115組成的擴(kuò)束系統(tǒng)后通過小孔16 形成Tophat光束?？烧{(diào)能量激光器1產(chǎn)生的入射激光依次通過二分之一波片2、偏振片3、 透鏡14、透鏡115、小孔16和分束器7,且入射激光在經(jīng)過分束器7后分成兩束激光，其中 一束激光作為測量光進(jìn)入測量光路，另一束激光作為監(jiān)測光進(jìn)入監(jiān)測光路。測量光路包括 依次設(shè)置的透鏡1119、電動(dòng)平移臺(tái)11和小孔II，待測樣品10或參考標(biāo)準(zhǔn)樣品10放置于電 動(dòng)平移臺(tái)11上，且待測樣品10或參考標(biāo)準(zhǔn)樣品10可沿電動(dòng)平移臺(tái)11的Z向移動(dòng)。測量 光依次通過透鏡1119、待測樣品10或參考標(biāo)準(zhǔn)樣品10、小孔1112,且測量光經(jīng)由小孔1112 射出測量光路。監(jiān)測光路包括反射鏡8,其中監(jiān)測光經(jīng)由反射鏡8反射后射出監(jiān)測光路。射 出測量光路的測量光和射出監(jiān)測光路的監(jiān)測光均通過衰減器13入射至同一 CCD探測器14。 由于在測量過程中，待測樣品10或參考標(biāo)準(zhǔn)樣品10將在電動(dòng)平移臺(tái)11上移動(dòng)，因而隨著 待測樣品10或參考標(biāo)準(zhǔn)樣品10的移動(dòng)，測量光入射到CCD探測器14上并在CCD探測器14 上得到一系列的不同位置處的測量光斑，監(jiān)測光入射到CCD探測器14上并在CCD探測器14 上得到一系列的不同位置處的監(jiān)測光斑。該CCD探測器14與計(jì)算機(jī)15電連接，因而CCD探