[发明专利]利用阶梯窗口实现超短单脉冲时间分辨泵浦探测的方法

说明书

本发明公开了一种利用阶梯窗口实现超短单脉冲时间分辨泵浦探测的方法，把激光器输出来的激光分为泵浦光和探测光，泵浦光经过透镜聚焦到非线性样品上使之产生非线性；探测光经过阶梯窗口透射后探测由泵浦光诱导非线性样品产生的变化，被CCD接收图像；在经过不同的时间延迟的探测光的情况下，从样品出射的探测光强度的变化反映了不同时刻样品中的粒子数布居的情况，从而确定各个能级的吸收截面和寿命；按本发明方法工作的测量系统测量非常方便，没有样品移动，只需要一个激光脉冲就可获得时间分辨泵浦探测曲线，与传统泵浦探测光路相比非常简单；无需传统光路中高精度的移动平台来实现时间延迟，只需要一个延时阶梯窗口就可以实现时间延迟。

技术领域

本发明属于非线性光子学材料和非线性光学信息处理技术领域，具体涉及一种研究材料的非线性光学物理机制以及测量其光学物理参数的系统。

背景技术

随着光通信和光信息处理等领域技术的飞速发展，非线性光学材料的研究日益重要。光学逻辑、光学记忆、光三极管、光开关和相位复共轭等功能的实现主要依赖于非线性光学材料的研究进展。光学非线性测量技术是研究非线性光学材料的关键技术之一，其中弄清材料的光学非线性机制，如何准确的确定材料重要的物理参量对于如何应用材料是非常重要的。Z扫描方法(Mansoor Sheik-Bahae，Ali A.Said，Tai-Hui Wei，David J.Hagan，E.W.Van Stryland.“Sensitive measurement of optical nonlinearities using asingle beam”，IEEE J.Quantum Elect，26，760-769(1990))是目前最常用的单光束测量材料光学非线性的方法，此方法是在光束畸变测量方法的基础上提出的，其优点是光路简单，处理方法简单，测量精度高，并且可同时测量非线性吸收与折射。但这种方法很难准确的确定材料的光学非线性机制以及材料对应重要的光学物理参数。

在Z-scan的基础上，1994年J.Wang等人提出了时间分辨Z-scan技术(J.Wang，M.Sheik-Bahae，A.A.Said，D.J.Hagan，and E.W.Van Stryland，“Time-resolved Z-scanmeasurements of optical nonlinearities”，J.Opt.Soc.Am.B，11，1009-1017，1994)。这种方法通过对样品出射的不同时刻探测光强度的变化情况的分析来确定材料光学非线性的机制以及各个能级重要的光学物理参数。但这种方法在测量样品非线性折射随时间变化的特征时比较麻烦，而且误差比较大，具体表现为：(1)测量时需先测量样品的非线性吸收的时间特征，然后再把样品分别放在两个位置进行非线性折射时间特征的测量，最后还要除去非线性吸收的影响。(2)不能同时进行非线性吸收和非线性折射时间特征的测量，由于不同时刻激光的空间分布和能量是不同的，从而会引起较大的测量误差。另外还有一种可以同时测量瞬态非线性吸收和非线性折射的相位物体泵浦探测技术(Junyi Yang，YinglinSong，Yuxiao Wang，Changwei Li，Xiao Jin，and Min Shui，“Time-resolved pump-probetechnology with phase object for measurements of optical nonlinearities”，Optics Express 17，7110–7116(2009))，就是在原有传统泵浦探测系统的基础上，在探测光路的透镜前焦面的位置加一个相位物体。

但是，上述这些技术都有一个共同的特点，都需要通过移动平台来实现两束光延迟，从而实现时间分辨。在实验的过程中，需要多个泵浦脉冲激光材料获得一个时间分辨曲线结果。如只存在一个脉冲泵浦光，该技术就不能获得材料的时间分辨特征曲线。

发明内容

本发明的目的是解决传统泵浦探测中移动平台延时线结构复杂且容易引入系统误差的问题。