一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置及方法，两束拓扑荷相反的涡旋光束干涉后会形成花瓣状光强分布，而花瓣数量为正负拓扑荷的绝对值相加，改变其中一束光的相位会使花瓣进行旋转；本发明专利技术通过相移旋转原理来进行非线性测量，即有待测样品的一路经过光源光功率的变化改变待测样品的折射率，从而就改变这一路的光程差，最终导致相移，出现涡旋光束共轭干涉花瓣的旋转，可以在保证花瓣质量的前提下尽量多地增加拓扑荷，以提高相移的测量精度，通过数值计算得到高精度非线性系数，而花瓣的转动方向则直接反映三阶非线性折射系数符号的正负，只改变了光源，保持了结构的简单化，数据处理相对简单，测量结果精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置及方法
本专利技术涉及光学领域中非线性信息光学
，尤其涉及的是一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置及方法。
技术介绍
1960年1月18日，西奥多·梅曼研制出了世界上第一台红宝石激光器，从此，作为现代光学的一个重要分支学科的非线性光学得到了飞速的发展。当激光光束入射，介质的极化强度与外加光场振幅的n次方成正比时，便可激发不同阶的非线性效应，而三阶非线性光学性质的研究是非线性光学中的一个重要部分。重要的三阶非线性效应包括光克尔效应与自聚焦，其中光克尔效应又包括自相位调制与交叉相位调制，这为以光控光的全光技术提供了很大的帮助，比如光开关器件的原理便是利用光克尔效应实现的。全光开关技术是数字光学信息处理的基础，全光开关器件是未来全光通信和全光计算机的基本器件，因此对于三阶非线性效应的研究尤为重要。三阶非线性折射系数能直接地反映介质的三阶非线性效应的强弱，所以在具有三阶非线性效应的基础上，会根据不同介质的非线性系数的大小进行适当的选择，因此三阶非线性的测量非常重要；简单快捷、精度高的三阶非线性测量技术已然成为了研究三阶非线性效应的重要一步。早期的三阶非线性测量有很多，如非线性椭圆偏振法、干涉法、三波混频法、波前分析法、简并四波混频法等，上述许多方法都可以有效地进行三阶非线性测量，但是有些方法不能直接确定三阶非线性折射系数的符号，而且测量精度也不够高。例如干涉法以干涉原理为基础，再加上激光的超窄的带宽，相干性比普通光束高几个数量级，高功率还可以保证有较高的信噪比，因此干涉法具有较高的测量精度；非线性干涉法是在1968年由Veduta提出的，非线性相移可以通过观察时间分辨的条纹移动来获得；2000年GeorgesBoudebs等人提出了马赫-曾德尔干涉仪的方法来测量三阶非线性折射率，2008年宋瑛林等人提出了基于迈克尔逊干涉仪的4f相位相干成像方法测量非线性折射率；上述方法虽然能对三阶非线性进行有效测量，但是结构复杂，而且对光束的稳定性要求较高，数据处理也相对复杂，测量精度也没有得到很好的体现。因此，针对上述缺陷，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置及方法，本专利技术通过相移旋转原理来进行非线性测量，有待测样品的一路经过光源光功率的变化改变待测样品的折射率，从而就改变了这一路的光程差，最终导致相移，出现轨道角动量光束共轭干涉花瓣的旋转；可以在保证花瓣质量的前提下尽量多地增加拓扑荷，以提高相移的测量精度，通过数值计算得到高精度非线性系数，而花瓣的转动方向则直接反映三阶非线性折射系数符号的正负；相比之下只改变了光源，保持了结构的简单化，数据处理也相对简单，测量结果精度更高。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置包括：用于发射高斯光束的光源；设置在所述光源后方，用于将所述高斯光束进行衰减的第一衰减片；设置在所述第一衰减片后方，用于准直后进行扩束的准直扩束器；设置在所述准直扩束器后方，用于产生涡旋光束的涡旋相位板；设置在所述涡旋相位板后方，用于将所述涡旋光束分为两束的第一分光镜，第一束发射至第一凸透镜，第二束发射至第一反光镜；设置在所述第一分光镜正下方，用于接收所述第一分光镜发射的第二光束的第一反光镜；设置在所述第一反光镜后方，用于将所述第一反光镜反射的第二光束进行拓扑荷反转的拓扑荷反转装置；设置在所述拓扑荷反转装置后方，用于接收拓扑荷反转的第二光束并反射到第二分光镜的第二反光镜；设置在所述第一分光镜后方，用于将所述第一分光镜发射的第一光束进行聚焦在待测样品上的第一凸透镜；设置在所述第一凸透镜后方，用于将经过待测样品的第一光束再次进行准直的第二凸透镜；设置在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜中间的共焦位置的待测样品；设置在所述第二凸透镜后方和所述第二反光镜正上方，用于汇聚所述第二凸透镜发射的第一光束和所述第二反光镜反射的第二光束的第二分光镜；设置在所述第二分光镜后方，用于将所述第二分光镜汇聚的光束进行衰减的第二衰减片；设置在所述第二衰减片后方，用于接收所述第二衰减片发射的光束并生成干涉图样的CCD相机；所述光源、第一衰减片、准直扩束器、涡旋相位板、第一分光镜、第一凸透镜、待测样品、第二凸透镜、第二分光镜、第二衰减片以及CCD相机依次设置在同一光轴上；所述第一反光镜、拓扑荷反转装置以及第二反光镜依次设置在同一光轴上。所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述光源选择输出中心波长为800nm、重复频率为1kHz以及脉宽为100fs的飞秒激光器。所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述准直扩束器为集成的准直扩束器或双凸透镜共焦组合。所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述涡旋相位板拓扑荷为4。所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述拓扑荷反转装置为道威棱镜。所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述第一凸透镜与所述第二凸透镜的焦距大小为10cm。所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述待测样品包括ZnSe晶体和CS2液体。所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其中，所述涡旋相位板可用超表面、透射型空间相位调制器进行替换。一种基于所述的基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置的基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量方法，其中，所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量方法包括以下步骤：步骤A，根据所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置所形成的光路，通过CCD相机分别采集无待测样品和有待测样品时的干涉图样；步骤B，在无待测样品时通过CCD相机采集光强大小记为A，采集一个光强图记为图像a；步骤C，将待测样品放置于第一凸透镜与第二凸透镜的共焦位置，通过CCD相机采集光强大小记为B，采集一个光强图记为图像b，对A和B分别进行积分再进行比值，得到线性透过率；步骤D，去掉第一衰减片，通过CCD相机采集一个光强图，记为图像c；步骤E，比较图像c与图像b得出花瓣旋转大小，并计算出相移量，结合线性透过率，通过非线性折射系数公式求出结果。所述的基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量方法，其中，通过非线性折射系数公式求出结果包括：待测样品的三阶非线性折射系数、待测样品的相移、光束入射待测样品的中心最大光强以及待测样品的厚度。有益效果：本专利技术提供的了一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置及方法，两束拓扑荷相反的涡旋光束干涉后会形成花瓣状光强分布，而花瓣数量为正负拓扑荷的绝对值相加，改变其中一束光的相位会使花瓣进行旋转；本专利技术通过相移旋转原理来进行非线性测量，即有待测样品的一路经过光源光功率的变化改变待测样品的折射率，从而就改变这一路的光程差，最终导致相移，出现涡旋光束共轭干涉花瓣的旋转，可以在保证花瓣质量的前提下尽量多地增加拓扑荷，以提高相移的测量精度，通过数值计算得到高精度非线性系数，而花瓣的转动方向则直接反映三阶非线性折射系数符号的正负，只改变了光源，保持了结构的简单化，数据处理相对简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其特征在于，所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置包括：用于发射高斯光束的光源；设置在所述光源后方，用于将所述高斯光束进行衰减的第一衰减片；设置在所述第一衰减片后方，用于准直后进行扩束的准直扩束器；设置在所述准直扩束器后方，用于产生涡旋光束的涡旋相位板；设置在所述涡旋相位板后方，用于将所述涡旋光束分为两束的第一分光镜，第一束发射至第一凸透镜，第二束发射至第一反光镜；设置在所述第一分光镜正下方，用于接收所述第一分光镜发射的第二光束的第一反光镜；设置在所述第一反光镜后方，用于将所述第一反光镜反射的第二光束进行拓扑荷反转的拓扑荷反转装置；设置在所述拓扑荷反转装置后方，用于接收拓扑荷反转的第二光束并反射到第二分光镜的第二反光镜；设置在所述第一分光镜后方，用于将所述第一分光镜发射的第一光束进行聚焦在待测样品上的第一凸透镜；设置在所述第一凸透镜后方，用于将经过待测样品的第一光束再次进行准直的第二凸透镜；设置在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜中间的共焦位置的待测样品；设置在所述第二凸透镜后方和所述第二反光镜正上方，用于汇聚所述第二凸透镜发射的第一光束和所述第二反光镜反射的第二光束的第二分光镜；设置在所述第二分光镜后方，用于将所述第二分光镜汇聚的光束进行衰减的第二衰减片；设置在所述第二衰减片后方，用于接收所述第二衰减片发射的光束并生成干涉图样的CCD相机；所述光源、第一衰减片、准直扩束器、涡旋相位板、第一分光镜、第一凸透镜、待测样品、第二凸透镜、第二分光镜、第二衰减片以及CCD相机依次设置在同一光轴上；所述第一反光镜、拓扑荷反转装置以及第二反光镜依次设置在同一光轴上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其特征在于，所述基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置包括：用于发射高斯光束的光源；设置在所述光源后方，用于将所述高斯光束进行衰减的第一衰减片；设置在所述第一衰减片后方，用于准直后进行扩束的准直扩束器；设置在所述准直扩束器后方，用于产生涡旋光束的涡旋相位板；设置在所述涡旋相位板后方，用于将所述涡旋光束分为两束的第一分光镜，第一束发射至第一凸透镜，第二束发射至第一反光镜；设置在所述第一分光镜正下方，用于接收所述第一分光镜发射的第二光束的第一反光镜；设置在所述第一反光镜后方，用于将所述第一反光镜反射的第二光束进行拓扑荷反转的拓扑荷反转装置；设置在所述拓扑荷反转装置后方，用于接收拓扑荷反转的第二光束并反射到第二分光镜的第二反光镜；设置在所述第一分光镜后方，用于将所述第一分光镜发射的第一光束进行聚焦在待测样品上的第一凸透镜；设置在所述第一凸透镜后方，用于将经过待测样品的第一光束再次进行准直的第二凸透镜；设置在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜中间的共焦位置的待测样品；设置在所述第二凸透镜后方和所述第二反光镜正上方，用于汇聚所述第二凸透镜发射的第一光束和所述第二反光镜反射的第二光束的第二分光镜；设置在所述第二分光镜后方，用于将所述第二分光镜汇聚的光束进行衰减的第二衰减片；设置在所述第二衰减片后方，用于接收所述第二衰减片发射的光束并生成干涉图样的CCD相机；所述光源、第一衰减片、准直扩束器、涡旋相位板、第一分光镜、第一凸透镜、待测样品、第二凸透镜、第二分光镜、第二衰减片以及CCD相机依次设置在同一光轴上；所述第一反光镜、拓扑荷反转装置以及第二反光镜依次设置在同一光轴上。2.根据权利要求1所述的基于涡旋光束共轭干涉的三阶非线性测量装置，其特征在于，所述光源选择输出中心波长为800nm、重复频率为1kHz以及脉宽为100fs的飞秒激光器。3.根据权利要求1所述的基于涡旋光束共轭干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑛，郭哲，张安，刘俊敏，贺炎亮，苏明样，陈宇，陈书青，范滇元，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44