[发明专利]一种物质非线性折射率测量方法及其测量装置

说明书

一种物质非线性折射率测量方法，包括：进行频域分辨光学开关法，获取激光不经过样品时的初始脉冲频域曲线和初始相位曲线，以及获取激光经过样品后的测量脉冲频域曲线和测量相位曲线；对所述初始脉冲频域曲线进行脉冲演化的模拟仿真，获取仿真脉冲频域曲线；比较测量脉冲频域曲线和仿真脉冲频域曲线，并判定是否需要调整非线性薛定谔方程式中的物质非线性系数γ，使得测量脉冲频域曲线和仿真脉冲频域曲线相同，并通过非线性薛定谔方程式计算获取物质非线性折射率。此外本发明还提供实施上述物质非线性折射率测量方法的测量装置。与现有技术相比较，本发明的物质非线性折射率测量方法以及测量装置能实现对大厚度样品的高精度测量。

技术领域

本发明涉及非线性光学测量领域，特别是涉及一种物质非线性折射率测量方法及其测量装置。

背景技术

对于弱光而言，光学材料的折射率，通常是常数。然而，当光线变为激光等强光时，则会根据光线强度的变化而变化，这种现象被称之为非线性光学现象。随着折射率的变化，传输信号的相位也发生变化。人们把这种信号自身场强的变化引起自身相位的变化称为自相位调制。研究非线性光学对于激光技术、光谱学的发展以及物质结构分析等都有着重要的意义，在光通信业日益发展的今天，非线性光学的研究也成为一门重要的学科。而非线性光学的物质非线性折射率n2测量就是其中一项重要的研究内容。

现有技术中，主要通过Z扫描来测量样品的物质非线性折射率n2。进行Z扫描测量时，激光通过样品，由探测器获取经过样品和小孔后的激光光束强度，然后将样品沿近聚焦光束焦点所在的光轴Z前后移动，获取随样品位置改变的光束强度变化曲线，并根据光束强度变化曲线计算出物质非线性折射率n2。

然而从上述介绍可以看出，Z扫描对物质非线性折射率n2的测量，需要获取经过样品后的光束强度变化才能实现。对于一些厚度较大的样品，其样品移动引起的光束强度变化没有规律，因此使用Z扫描法无法测定大厚度样品的物质非线性折射率n2。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种提高物质非线性折射率精度的测量方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种物质非线性折射率测量方法，包括以下步骤

进行频域分辨光学开关法，获取激光不经过样品时的初始脉冲频域曲线和初始相位曲线；

进行频域分辨光学开关法，获取激光经过样品后的测量脉冲频域曲线和测量相位曲线；

对所述初始脉冲频域曲线进行脉冲演化的模拟仿真，获取仿真脉冲频域曲线；

比较所述测量脉冲频域曲线和所述仿真脉冲频域曲线，若两者相同，则通过非线性薛定谔方程式计算获取所述物质非线性折射率n2；若两者不相同，则调整物质非线性系数γ，使所述仿真脉冲频域曲线发生变化，直到所述测量脉冲频域曲线和所述仿真脉冲频域曲线相同后，通过非线性薛定谔方程式计算获取所述物质非线性折射率n2。

与现有技术相比较，本发明的物质非线性折射率测量方法通过测量激光频率来获取物质非线性折射率n2，避免了激光经过大厚度样品后强度减弱而无法测量的情况，而且频率受外界条件影响较小，从而提高测量物质非线性折射率的精度。

进一步，获取仿真脉冲频域曲线时，通过以下公式计算获取仿真脉冲频域值，并且以波长为横坐标，所述仿真脉冲频域值为纵坐标的坐标图，并绘制连续曲线，从而形成所述仿真脉冲频域曲线：

其中，U(d，ω)为仿真结果的仿真脉冲频域值；d为样品的厚度；ω为脉冲激光的中心频率；U(0，ω)为初始脉冲频域值；γ为物质非线性系数；P0为入射激光的峰值功率；|U(0,T)|²为初始脉冲的时域振幅分布；c为光速；λ为脉冲激光的波长，实现对初始脉冲频域曲线的模拟仿真。