[发明专利]一种测量材料非线性光学性质的系统及方法

说明书

本发明提供了一种测量材料非线性光学性质的系统及方法，其中，测量方法是将Z扫描技术和共焦显微成像集成在一起，采用显微物镜进行激发光聚焦、信号光收集、样品表面形貌成像以及光斑同步成像，实现光斑大小的实时监测；使用三维精密平移台控制样品位置，可以实现对微米级样品非线性光学性质的测量。本发明方法可以同步测量材料非线性吸收和非线性折射数据，同时适用于均匀和非均匀、宏观和微观样品的测量，解决了非均匀不规则小尺寸样品非线性性质测试难题，扩展了Z扫描技术的应用及测试范围。

技术领域

本发明涉及非线性光学测量技术领域，尤其涉及一种测量材料非线性光学性质的系统及方法。

技术背景

自1960年Maiman研制出世界上第一台红宝石激光器，激光科学与技术得到了飞速发展。在激光器问世的第二年(1961年)，Franken等人发现光学二次谐波现象，标志着非线性光学作为一门新兴学科正式建立。

非线性吸收和非线性折射属于三阶非线性光学效应，是关于载流子在实际能级之间相互转换的非参量过程。尽管四波混频、干涉法和泵浦探测技术等可以实现三阶非线性吸收系数或非线性折射率的测量，但这些方法实验光路比较复杂，在实验过程和数据分析时需要克服许多困难。Z扫描技术是单光束测量材料非线性吸收和折射的最主要技术手段，该技术由Bahae等人于1990年率先提出，后来许多研究者加以改造，是目前测定光学非线性最简单、快捷、灵敏的实验方法。然而，传统Z扫描技术对样品要求较高，只适用于测试大尺寸均匀连续膜样品，对于小尺寸不规则样品很难实现定点测量。针对以上问题，Y.Li等人提出了显微非线性强度扫描系统，该系统对样品表面要求较低，可以测量不均匀样品，但该方法需要将样品放置在焦点位置，容易出现因焦点位置光斑面积测试不准确而造成较大系统误差，同时无法实现非线性折射信号的测试。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测量材料非线性光学性质的系统及方法，旨在解决现有技术难以实现对微米级样品的非线性光学性质进行测量的问题。

本发明的技术方案如下：

一种测量材料非线性光学性质的系统，其中，包括脉冲激光器、沿所述脉冲激光器的输出光束方向依次设置的第一镀膜全反镜、第二镀膜全反镜、圆形金属膜中性密度渐变滤光片、第一小孔光阑、第一分光平片、第二分光平片、聚焦物镜、待测样品、收集物镜、第二小孔光阑、第三分光平片、第二中型密度滤光片和第二探测器；沿所述第一分光平片的反射光方向依次设置有第一中性密度滤光片和第一探测器，沿所述第一分光平片的反射方向的另一侧设置有照明光源氙灯；沿所述第二分光平片的反射方向的另一侧设置有成像相机；沿所述第三分光平片的反射方向依次设置有第三小孔光阑、第三中性密度滤光片和第三探测器；还包括与所述第一探测器、第二探测器和第三探测器分别电连接的计算机；所述待测样品设置在三维精密平移台上，所述三维精密平移台通过控制器与所述计算机电连接；所述成像相机与所述计算机电连接。

所述测量材料非线性光学性质的系统，其中，所述圆形金属膜中性密度渐变滤光片设置在电动旋转台上，所述电动旋转台通过控制器与所述计算机电连接。

所述测量材料非线性光学性质的系统，其中，还包括与所述计算机电连接的能量计和光束质量分析仪。

所述测量材料非线性光学性质的系统，其中，所述第一镀膜全反镜、第二镀膜全反镜、第一分光平片、第二分光平片、第三分光平片与光轴夹角均为45°。

所述测量材料非线性光学性质的系统，其中，所述第一分光平片对所述照明光源氙灯的分光比为50％。

一种基于所述系统测量材料非线性光学性质的方法，其中，包括步骤：

打开脉冲激光器，根据测量需要，选择激光波长、重复频率以及初始能量；