[发明专利]用于光学材料微区的非线性效应所引起的折射率和双折射变化的测量系统

说明书

技术领域

本发明的主题是一种用于光学材料微区的非线性效应所引起的折射率和双折射变化的测量系统，其被用在光学材料参数计量，光谱，相移色散计量和材料工程中，在光学材料，特别是纳米材料的非线性效应研究中。

背景技术

干涉仪系统例如马赫-曾德耳（Mach-Zehnder）干涉仪，迈克尔逊（Michelson）干涉仪以及他们的变型都被用于折射率和双折射的测量。在应用光学研究所开发、基于可变波长技术的VAWI（可变波长干涉测量技术）偏光干涉显微镜也被使用。US 7663765专利说明书提出了一种用于双光束测量技术的包括图像获取摄像机的测量系统。特定波长的一个光束通过包括位于系统入口、偏光器以及反射镜系统的分光元件的光学系统。测量对象被放置于一个光束的传播路径上。在光学系统入口的两个光束都被引导至图像采集装置，其记录了两个偏光光束的干扰得到的图像且将图像传送至处理和分析记录数据的电脑。

应用于由具有大功率激光脉冲的物质相互作用所导致的非线性效应所引起的折射率变化的测量的已知的测量技术使用“Z-扫描”系统用于测量。在这些系统中，汇聚的大功率激光光束穿过被测量的材料样品。由于材料折射率的非线性变化，穿过材料的光束的汇聚改变了，从而影响了由位于光轴Z上的固定探测器所测量的光强度。用于沿着光束传播方向移动的样品的不同位置的光强度测量使你能够确定由非线性效应所引起的样品折射率的变化。Z-扫描系统允许你测量仅在微区中的光学参数的改变，使得它不能用于显微样品的测量。另外，系统测量物质上的平均光效应，由此测出平均非线性折射率的数值。

用于非线性折射率且包括干涉系统的其他单光束或双光束测量系统也是已知的，然而，它们仅允许用户测量在时间和空间中的平均参数，不允许用户测量在微区中的非线性光学参数。

已知系统的缺点在于它们不允许你测量光学材料微区中的非线性折射率和非线性双折射以及环境条件对测量结果的影响，从而不允许你测量具有足够精度的非线性参数。

高分辨率成像的方法也是已知的。其中，基于在一个包括飞秒激光器，光子光纤和具有波前像差仪的摄像机的系统中的超连续光谱产生，它们被用在非线性光学，光谱和光学层析成像之中。飞秒激光脉冲在光子光纤中短暂的传播允许用户获得连贯和广泛的连续高分辨率光谱。这些系统不适合用于在光学材料微区中的非线性效应所引起的折射率和双折射率变化的测量。

发明内容

本发明的目的是开发一种改进的干涉测量系统，其能够使用激光脉冲精确的测量在小于几个微米的区域中的光学材料的非线性折射率和非线性双折射。

用于测试由非线性效应引起的折射率和双折射的变化的测试系统，包括一个飞秒激光，一个光子光纤以及一个光学系统，该光学系统包括一个分光元件、两个光通道和一个干涉仪测量系统，特别是以位于从光学系统中产生的测量光束的光轴上的VAWI干涉仪，根据本发明，其特征在于第一光通道包括具有测量光束聚集器的单色仪，并且该单色仪在入口处连接至光子光纤。第二光通道包括具有能够改变在第二光通道内的第二光束的光程的可移动反射镜的反射镜系统。测试材料被置于位于来自光通道的测量光束和第二光束的交叉处的测量区域内。

优选地，将滤光器置于测试材料和VAWI干涉仪之间以切断第二光束激光。

优选地，包括在第一光通道上包括聚焦元件，特别地，以位于光子光纤输入端面的第一透镜的形式。

优选地，包括在入口处配备有光学聚焦元件的第二光通道内的第二光纤，特别地，以第二透镜的形式。

优选的，包括位于分光元件和包括可移动反射镜的反射镜系统的可移动反射镜之间的第二反射镜，而可移动反射镜是两个平面反射表面的直角系。

根据本发明，该系统能够测量在小于几个微米的区域中的光学材料的非线性折射率和非线性双折射，在该区域内激光脉冲穿过垂直于朝向VAWI干涉仪的单色仪传输的测量光束的光轴的测试材料。另外，该系统能够测量由物质与大功率激光脉冲的相互作用造成的非线性效应和热效应引起的光学参数的变化，而非线性效应和热效应可以被区分。单色仪的应用允许用户可以获得由单色仪所提供的整个光谱内的非线性折射率和非线性双折射的精确的光谱特性。引起非线性光学效应的激光脉冲可以以不同的方式配置，例如，根据功率或波长，考虑到所观察现象的增加和减少以及它们与波长的相关性，其允许用户进行更加详细的测试。

具体实施方式

本发明的主题在附图中示出了，该附图展示了折射率和双折射变化测量系统的示意图。