超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置及延时阶梯窗口制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于非线性光学领域，为解决双光路泵浦探测光路结构复杂问题，公开了一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置及延时阶梯窗口，入射激光束经过阶梯窗口后被凸透镜会聚至待测样品架上放置的待测样品上，阶梯窗口心设置为一个中间具有一定深度的空心柱，空心柱周围为多层阶梯形状分布的台阶，台阶从旋转中心至边缘方向高度逐步降低。本实用新型专利技术只需要一束激光，无需将光路分成泵浦光路和探测光路，也不需要调节两束激光之间的延迟时间，就可实现单脉冲泵浦探测技术，即在一个脉冲激光的作用下获得材料完整的时间分辨曲线，从而用来确定材料的光学非线性机制，并可同时准确的测量材料重要的非线性光学参数。

【技术实现步骤摘要】
超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置及延时阶梯窗口
本技术涉及一种研究材料的非线性光学物理机制以及测量其光学物理参数的装置，属于非线性光学领域。
技术介绍
随着光通信和光信息处理等领域技术的飞速发展，非线性光学材料的研究日益重要。光学逻辑、光学记忆、光三极管、光开关和相位复共轭等功能的实现主要依赖于非线性光学材料的研究进展。光学非线性测量技术是研究非线性光学材料的关键技术之一,其中弄清材料的光学非线性机制，如何准确的确定材料重要的物理参量对于如何应用材料是非常重要的。Z扫描方法(MansoorSheik-Bahae,AliA.Said,Tai-HuiWei,DavidJ.Hagan,E.W.VanStryland.“Sensitivemeasurementofopticalnonlinearitiesusingasinglebeam”,IEEEJ.QuantumElect,26,760-769(1990))是目前最常用的单光束测量材料光学非线性的方法，此方法是在光束畸变测量方法的基础上提出的,其优点是光路简单，处理方法简单，测量精度高,并且可同时测量非线性吸收与折射。但这种方法很难准确的确定材料的光学非线性机制以及材料对应重要的光学物理参数。在Z-scan的基础上,1994年J.Wang等人提出了时间分辨Z-scan技术(J.Wang,M.Sheik-Bahae,A.A.Said,D.J.Hagan,andE.W.VanStryland,“Time-resolvedZ-scanmeasurementsofopticalnonlinearities”,J.Opt.Soc.Am.B,11,1009-1017,1994)。这种方法通过对样品出射的不同时刻探测光强度的变化情况的分析来确定材料光学非线性的机制以及各个能级重要的光学物理参数。但这种方法在测量样品非线性折射随时间变化的特征时比较麻烦，而且误差比较大，具体表现为：(1)测量时需先测量样品的非线性吸收的时间特征，然后再把样品分别放在两个位置进行非线性折射时间特征的测量，最后还要除去非线性吸收的影响。(2)不能同时进行非线性吸收和非线性折射时间特征的测量，由于不同时刻激光的空间分布和能量是不同的，从而会引起较大的测量误差。另外还有一种可以同时测量瞬态非线性吸收和非线性折射的相位物体泵浦探测技术(JunyiYang,YinglinSong,YuxiaoWang,ChangweiLi,XiaoJin,andMinShui,“Time-resolvedpump-probetechnologywithphaseobjectformeasurementsofopticalnonlinearities”,OpticsExpress17,7110–7116(2009))，就是在原有传统泵浦探测系统的基础上，在探测光路的透镜前焦面的位置加一个相位物体。但是，上述这些技术都有一个共同的特点，都需要通过移动平台来实现两束光延迟，从而实现时间分辨。在实验的过程中，需要多个泵浦脉冲激光材料获得一个时间分辨曲线结果。如只存在一个脉冲泵浦光，该技术就不能获得材料的时间分辨特征曲线。另外目前所有的泵浦探测光路都利用分束镜将入射激光分为两束，一束为泵浦光，另外一束为探测光，且在实现过程中需要靠调节两束光的延迟时间确定零延时点，操作比较繁琐。
技术实现思路
为解决双光路泵浦探测光路结构复杂问题，本技术的技术方案如下：一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置，沿着光轴方向依次包括：入射激光束、阶梯窗口、凸透镜、待测样品架、CCD；所述入射激光束发出的光经过阶梯窗口后被凸透镜会聚至待测样品架上放置的待测样品上，所述CCD用于接收光斑信号；所述入射激光束、阶梯窗口、凸透镜、CCD组成成像系统；所述阶梯窗口包括一个旋转对称结构的工作面，其工作面中心设置为一个中间具有一定深度的空心柱，空心柱周围为多层阶梯形状分布的台阶，所述台阶从旋转中心至边缘方向高度逐步降低。上述成像系统中各个光学元件均放置在同一光轴上，阶梯透镜为中心高边缘低的多层台阶状结构，空心柱为自阶梯透镜中心台阶表面沿着旋转轴心线向材料内部沉陷的圆孔状结构，孔深度小于最低台阶表面深度。将该阶梯透镜用于此装置能方便实现单光束单脉冲时间分辨泵浦探测技术的阶梯窗口，利用激光通过该阶梯窗口后即可形成泵浦光和不同延时激光脉冲束，只需要一束激光，无需将光路分成泵浦光路和探测光路，也不需要调节两束激光之间的延迟时间，就可实现单脉冲泵浦探测技术，即在一个脉冲激光的作用下获得材料完整的时间分辨曲线，从而用来确定材料的光学非线性机制，并可同时准确的测量材料重要的非线性光学参数。优选的，所述阶梯窗口放置在凸透镜的物平面上，所述CCD放置在凸透镜的像平面上。优选的，所述凸透镜可以替换为4f成像系统，阶梯窗口放置在4f成像系统的物平面上，CCD放置在4f成像系统的像平面上。优选的，所述阶梯窗口的阶梯的宽度由成像系统中所成像大小与待测样品大小的比值及CCD像素尺寸决定，算法为阶梯窗口的宽度＝N×CCD像素尺寸/系统放大倍数，N为每个阶梯所占像素的个数；阶梯高度＝延迟时间分辨率×光速/(阶梯窗口材料折射率-1)，空心柱的直径小于入射激光束的直径。上述装置将阶梯窗口引入到透镜成像光路中，经过透镜聚焦到待测样品上；出射的光斑由CCD接收。由于有几个台阶的厚度小于空心柱的厚度，所以这几个台阶产生的探测光要早于空心柱产生的泵浦光到达待测样品上，从而不受泵浦光的影响，产生负延迟信号，其他台阶由于厚度大于或等于空心柱的厚度，因此产生正延迟信号。这样就可以通过一个带有空心柱的圆形阶梯窗口完成单光束单脉冲的时间分辨测量。本申请还提供一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测的方法，其探测步骤为：1)待测样品架上不放待测样品，用CCD接收透过阶梯窗口后的光斑；CCD接收的光斑为线性参考光斑；2)待测样品架上放上待测样品，用CCD接收透过阶梯窗口后经过样品后的光斑，CCD接收的光斑为非线性光斑；3)对上述获得的两个光斑进行处理，获得所需的检测材料的光学非线性参数。优选的，所述步骤3)中的处理包括，对步骤1)中的线性参考光斑图像进行处理，将图像中同一曲线上的光斑通过图像处理软件转化为没有待测样品的线性曲线，再将步骤2)中的非线性光斑图像通过相同的方法进行处理，获得待测样品的非线性曲线；将待测样品的非线性曲线除以无样品时的线性曲线，进行归一化后获得材料时间分辨泵浦探测曲线；对归一化的时间分辨泵浦探测曲线进行拟合就可以得到相关光学参量的大小和寿命。本申请还提供一种延时阶梯窗口，包括一个旋转对称结构的工作面，其工作面中心设置为一个中间具有一定深度的空心柱，空心柱周围设置为多层阶梯形状分布的台阶，所述台阶从旋转中心至边缘方向高度逐步降低；空心柱设置为自阶梯透镜中心台阶表面沿着旋转轴心线向材料内部沉陷的圆孔状结构，空心柱深度小于最低台阶表面深度。阶梯窗口首先在中心位置做成一个空心圆柱，然而空心圆柱的深度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置，其特征在于，沿着光轴方向依次包括：入射激光束、阶梯窗口、凸透镜、待测样品架、CCD；所述入射激光束发出的光经过阶梯窗口后被凸透镜会聚至待测样品架上放置的待测样品上，所述CCD用于接收光斑信号；所述入射激光束、阶梯窗口、凸透镜、CCD组成成像系统；所述阶梯窗口包括一个旋转对称结构的工作面，其工作面中心设置为一个中间具有一定深度的空心柱，空心柱周围为多层阶梯形状分布的台阶，所述台阶从旋转中心至边缘方向高度逐步降低。/n

【技术特征摘要】
1.一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置，其特征在于，沿着光轴方向依次包括：入射激光束、阶梯窗口、凸透镜、待测样品架、CCD；所述入射激光束发出的光经过阶梯窗口后被凸透镜会聚至待测样品架上放置的待测样品上，所述CCD用于接收光斑信号；所述入射激光束、阶梯窗口、凸透镜、CCD组成成像系统；所述阶梯窗口包括一个旋转对称结构的工作面，其工作面中心设置为一个中间具有一定深度的空心柱，空心柱周围为多层阶梯形状分布的台阶，所述台阶从旋转中心至边缘方向高度逐步降低。


2.根据权利要求1所述的一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置，其特征在于，所述阶梯窗口放置在凸透镜的物平面上，所述CCD放置在凸透镜的像平面上。


3.根据权利要求1所述的一种超短单光束单脉冲时间分辨泵浦探测装置，其特征在于，所述凸透镜可替换为4f成像系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊义，宋瑛林，杨勇，周文法，沈磊，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32