一种非线性光谱相位测量方法技术

本发明专利技术公开了一种非线性光谱相位测量方法，涉及非线性光谱检测技术领域，本发明专利技术适用于所有非线性光学光谱的测量，例如：倍频光谱、和频光谱以及四波混频等，根据不同的非线性情况选择不同的泵浦源以共线式输入。用两台CCD型光谱仪分别检测待测样品和参比晶体的非线性信号之和、与发生半波损失的待测样品非线性信号和参比晶体非线性信号之和；对采集得到的光谱信号进行简单的数据处理，可以得到待测样品非线性光谱的幅值信息与相位信息，是一种高效准确的非线性光谱信息采集方式，在非线性光谱的研究上有着广阔前景。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性光谱相位测量方法
本专利技术涉及非线性光谱检测
，尤其涉及一种非线性光谱相位测量方法。
技术介绍
非线性光学用于研究处于强光照射下的物质所产生的一系列非线性变化的现象。只有激光具有足够大的强度才可以使物质产生非线性光学效应。在20世纪60年代，非线性光学得到了早期阶段的发展，在这一阶段，主要对二次谐波产生(倍频)、差频、和频、受激布里渊散射、受激拉曼散射、双光子吸收、饱和吸收、光参量振荡器等非线性光学现象进行观察和研究。20世纪70年代，非线性光学继续深入发展，研究者们陆续发现了多种重要的非线性光学效应，并进行了自旋反转受激拉曼散射、相干反斯托克斯拉曼光谱学、双光子吸收光谱技术、非线性光学相位共轭技术、光学双稳效应等非线性光学现象的研究。在20世纪80年代，出现了光学分叉和混沌、光学压缩态、多光子原子电离现象、光纤弧子等，并且对非线性光学材料的研究也取得了大量进展，在以往非线性光学晶体的基础上，相继发现了KTP(磷酸氧钛钾)、BBO(偏硼酸钡)等新兴非线性光学晶体，并开展了有机非线性晶体材料的研究以及非线性光子晶体理论的研究。20世纪90年代以来，非线性光学最显著的进展为利用新兴非线性晶体研制出宽波段可调谐连续或脉冲光参量振荡器、光参量放大器，开展了飞秒非线性光学的研究，推动了飞秒激光在多学科研领域内的应用，并且给予光学压缩态的成功产生，开展了压缩态光学在高精度原子光谱、低噪声光通信、高精度测量等方面的研究。目前，非线性光学已经逐渐由基础研究阶段进入到应用研究阶段，无论是
还是研究领域，非线性光学的应用都是十分广泛的。现有技术中，很多非线性光学检测技术在测量一个样品信号时需要进行多次测量，如外差法检测技术在测量样品和频光谱时就必须进行两次测量。这样不但浪费时间，而且为实验增加了很多可变因素。
技术实现思路
本专利技术提供了一种非线性光谱相位测量方法，本专利技术可以快速准确的得到非线性信号的幅值与相位信息，是一种高效准确的相位信息采集方式，详见下文描述：一种非线性光谱相位测量方法，所述测量方法包括：光谱采集和数据处理两部分，光谱采集中涉及的光路包括如下元器件：第一分束器、第一反射镜、第二反射镜、参比晶体、第二分束器、第一CCD型光谱仪以及第二CCD型光谱仪，输入泵浦源经过第一分束器分成两束，同时照射在参比晶体与待测样品上，参比晶体与待测样品受激分别产生非线性光谱信号；待测样品的非线性光谱信号、与参比晶体的非线性光谱信号照射在第二分束器上；待测样品的非线性光谱信号在A面的反射光发生了半波损失，参比晶体的非线性光谱信号在A面的反射光没有发生半波损失；第一CCD型光谱仪用于采集待测样品、以及参比晶体的非线性光谱信号之和；第二CCD型光谱仪用于采集半波损失的待测样品的非线性光谱信号、以及参比晶体的非线性光谱信号之和；根据第一CCD型光谱仪、第二CCD型光谱仪所得到的光谱图I1和I2进行简单的数据处理，可以准确高效地得到待测样品的非线性光谱的幅值信息和相位信息。所述输入泵浦源为红外超短脉冲激光与可见光超短脉冲激光，以共线式输入。所述参比晶体为石英晶体。所述第二分束器的A面为反射面，光波从波疏介质射向波密介质的反射过程中，反射波在离开反射点时的振动相对于入射波到达入射点时的振动相差半个周期，即半波损失。ωREF＝B其中，τ1、τ2、γ1和γ2为第二分束器的衰减系数，假设τ1＝τ2＝γ1＝γ2时，则有：其中，ωSAM为待测样品的非线性信号；A为信号强度；i为虚数单位；为信号相位角度；ωREF为参比晶体的非线性信号；B为信号强度；ωSAM1为ωSAM通过第二分束器的透射信号；ωSAM2为ωSAM通过第二分束器的反射信号；ωREF1为ωREF通过第二分束器的反射信号；ωREF2为ωREF通过第二分束器的透射信号。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本专利技术只需要进行一次测量，直接快速地得到待测样品的非线性光谱的信息；2、本专利技术的数据处理简单快捷，减少了数据处理中可能产生的误差，提高了结果的准确性；3、本专利技术可以同时检测到非线性信号的幅值信息与相位信息，因此这种新的相敏非线性光谱测量方法有着重要的意义。附图说明图1为本专利技术提供的仪器光路简图；其中，1为输入泵浦源；2为第一分束器；3为第一反射镜；4为第二反射镜；5为待测样品；6为参比晶体；7为第二分束器；8为第一CCD型光谱仪；9为第二CCD型光谱仪。图2为图1中第二分束器7的示意图；其中，A面为镀膜面，光线主要在A面发生反射。因为光波从波疏介质射向波密介质的反射过程中，反射波在离开反射点时的振动相对于入射波到达入射点时的振动相差半个周期，即半波损失；所以待测样品的非线性信号ωSAM在A面的反射光发生了半波损失，而参比晶体6的非线性信号ωREF在A面的反射光没有发生半波损失。图3为非线性信号处理示意图。其中，(a)为待测样品的非线性信号ωSAM幅值信息；(b)为待测样品的非线性信号ωSAM相位信息；(c)为参比晶体6的非线性信号ωREF幅值信息；(d)为参比晶体的非线性信号ωREF相位信息；(e)为第一CCD型光谱仪所测光谱I1；(f)为第二CCD型光谱仪所测光谱I2；(g)为通过计算得到的待测样品5的非线性信号ω′SAM幅值信息；(h)为通过计算得到的待测样品5的非线性信号ω′SAM相位信息。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1本方法提出了一种新的相敏非线性光谱测量方法，主要包括：光谱采集和数据处理两部分。仪器光路简图如图1所示。本方法适合于所有非线性光学光谱的测量，例如：倍频光谱、和频光谱以及四波混频等，根据不同的非线性情况选择不同的输入泵浦源。用第一CCD型光谱仪8、第二CCD型光谱仪9来完成光谱采集。其中，第一CCD型光谱仪8用于采集待测样品1、以及参比晶体6的非线性光谱信号之和；第二CCD型光谱仪9用于采集半波损失的待测样品1的非线性光谱信号、以及参比晶体6的非线性光谱信号之和。根据第一CCD型光谱仪8、第二CCD型光谱仪9所得到的光谱图I1和I2进行简单的数据处理，可以准确高效地得到待测样品1的非线性光谱的幅值信息和相位信息。综上所述，本方法是一种测量过程快捷、数据处理简单的非线性光谱测量方法，可以准确的得到非线性信号的幅值与相位信息，在非线性光学的研究上有着广阔前景。实施例2下面结合图1和图2、以及数学公式，对实施例1中的方案进行进一步地介绍，本专利技术实施例提出了一种新的相敏非线性光谱测量方法，可以分为光谱采集和数据处理两部分，本专利技术实施例以和频光谱的检测为例，下面详细介绍本实现方法：光谱采集部分的硬件结构如图1所示。首先，采用红外超短脉冲激光与可见光超短脉冲激光作为输入泵浦源1，并以共线式输入。输入泵浦源1经过第一分束器2分成两束，同时照射在参比晶体6(例如：可以为石英晶体，本专利技术实施例对此不做限制)与待测样品5上，参比晶体6与待测样品5受激分别产生和频信号ωREF和ωSAM。其中，待测样品5的和频信号ωSAM与参比晶体6的和频信号ωREF照射在第二分束器7上，图2为该第二分束器7的示意图。A面为主要反射面，因为光波从波疏介质射向波密介质的反射过程中，反射波在离开反射点时的振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非线性光谱相位测量方法，所述测量方法包括：光谱采集和数据处理两部分，其特征在于，光谱采集中涉及的光路包括如下元器件：第一分束器、第一反射镜、第二反射镜、参比晶体、第二分束器、第一CCD型光谱仪以及第二CCD型光谱仪，输入泵浦源经过第一分束器分成两束，同时照射在参比晶体与待测样品上，参比晶体与待测样品受激分别产生非线性光谱信号；待测样品的非线性光谱信号、与参比晶体的非线性光谱信号照射在第二分束器上；待测样品的非线性光谱信号在A面的反射光发生了半波损失，参比晶体的非线性光谱信号在A面的反射光没有发生半波损失；第一CCD型光谱仪用于采集待测样品、以及参比晶体的非线性光谱信号之和；第二CCD型光谱仪用于采集半波损失的待测样品的非线性光谱信号、以及参比晶体的非线性光谱信号之和；根据第一CCD型光谱仪、第二CCD型光谱仪所得到的光谱图I1和I2进行简单的数据处理，可以准确高效地得到待测样品的非线性光谱的幅值信息和相位信息。

【技术特征摘要】
1.一种非线性光谱相位测量方法，所述测量方法包括：光谱采集和数据处理两部分，其特征在于，光谱采集中涉及的光路包括如下元器件：第一分束器、第一反射镜、第二反射镜、参比晶体、第二分束器、第一CCD型光谱仪以及第二CCD型光谱仪，输入泵浦源经过第一分束器分成两束，同时照射在参比晶体与待测样品上，参比晶体与待测样品受激分别产生非线性光谱信号；待测样品的非线性光谱信号、与参比晶体的非线性光谱信号照射在第二分束器上；待测样品的非线性光谱信号在A面的反射光发生了半波损失，参比晶体的非线性光谱信号在A面的反射光没有发生半波损失；第一CCD型光谱仪用于采集待测样品、以及参比晶体的非线性光谱信号之和；第二CCD型光谱仪用于采集半波损失的待测样品的非线性光谱信号、以及参比晶体的非线性光谱信号之和；根据第一CCD型光谱仪、第二CCD型光谱仪所得到的光谱图I1和I2进行简单的数据处理，可以准确高效地得到待测样品的非线性光谱的幅值信息和相位信息。2.根据权利要求1所述的一种非线性光谱相位测量方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马翔云，王洋，王慧捷，杜建宾，陈达，李奇峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12