4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置和测量方法，所述测量装置包括激光束调制系统，相位光阑4f成像系统，4f成像测量系统和显微成像系统，其特征在于，4f测量装置与显微成像系统共用一个透镜，透镜为显微物镜。通过设置显微成像系统观察待测样品，扩展了待测样品的尺寸范围。扩展了待测样品的尺寸范围。扩展了待测样品的尺寸范围。

【技术实现步骤摘要】
4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置和测量方法


[0001]本专利技术涉及非线性光子学材料和非线性光学信息处理领域，具体地说，涉及一种材料的非线性光学性能其光学物理参数的测量装置。

技术介绍

[0002]自激光问世以来，非线性光学这一领域得到了快速地发展，它不仅革新了激光技术本身，还推动了光信息处理，光通信、光计算和激光防护等科学技术的发展。因此，对于非线性光学的研究显得尤为重要。非线性光学是研究激光与物质相互作用的学科，故而离不开非线性光学材料的支持。寻找不同用途的光学非线性材料仍是这一领域研究的一个基本方向。总得来说，就是利用不同的简单有效的非线性测量技术对各种各样的材料进行筛选，得到具有较好非线性光学性质的材料或者总结出材料的结构与其光学非线性性质之间的规律，为开发具有更好非线性光学性质的材料提供参考。同时这也促使了非线性光学测量技术的发展。目前，对于光学非线性的测量方法有很多。单光束Z扫描方法(Mansoor Sheik
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Bahae,Ali A.Said,Tai
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Hui Wei,David J.Hagan,E.W.Van Stryland.“Sensitive measurement of optical nonlinearities using a single beam”,IEEE J.Quantum Elect.,26,760
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769(1990))因其光路简单，测量精度高并且可以同时获得材料的非线性吸收与非线性折射的符号与大小等优点得到了广泛地应用。但是这种方法对薄膜材料的表面粗糙程度要求很高，而且需要样品的移动。
[0003]另外，还有一些测量材料非线性吸收和非线性折射的方法(Junyi Yang,Xueru Zhang,Yuxiao Wang,Min Shui,Changwei Li,Xiao Jin,and Yinglin Song,Method with a phase object for measurement of optical nonlinearities.Opt.Lett.,34,2513
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2515(2009))，与传统Z扫描不同的是在聚焦透镜的前焦面上放置一个圆形相位物体。但是，这些技术都需要移动样品，对薄膜材料的光学表面质量要求也比较高，而且假如只存在单个脉冲，这些技术是实现不了测量的。2004年，Boudebs等人提出了4f相位相干成像技术(G.Boudebs,S.Cherukulappurath,Nonlinear optical measurements using a 4f coherent imaging system with phase objects,Phys.Rev.A.69,053813(2004))，可以同时测量非线性折射的大小与符号、单脉冲测量而且无需样品移动。但这种测量方法由于在傅立叶平面处的光斑尺寸较大，很难测量诸如有机晶体材料或表面平整度较差的薄膜材料。
[0004]总得来说，利用现有技术对于测量表面光学质量较差的薄膜材料或者尺寸比较小的有机晶体等的光学非线性性质都或多或少有着不同的困难。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，可以精确测量微
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纳尺寸材料的非线性光学参数。
[0006]根据本专利技术所提供的测量装置，包括激光束调制系统，相位光阑4f成像系统，4f成像测量系统和显微成像系统，所述4f成像测量系统与所述显微成像系统包括一个共用透镜，所述共用透镜为显微物镜。
[0007]优选地，所述光阑4f成像系统的像焦面与所述显微物镜的邻近所述相位光阑4f成像系统的焦面为共焦面。
[0008]优选地，所述激光束调制系统依次包括激光器、第一透镜、第二透镜、以及孔径光阑，所述第一透镜与所述第二透镜具有共焦面。
[0009]优选地，所述相位光阑4f成像系统依次包括相位光阑、第三透镜、以及第四透镜，第三透镜与第四透镜的共焦面为相位光阑4f成像系统的傅里叶平面。
[0010]优选地，所述4f成像测量系统依次包括所述显微物镜、载物平台、第五透镜、第一成像装置、以及衰减片，所述显微物镜与第五透镜的共焦面为4f成像测量系统的傅里叶平面，所述载物平台在4f成像测量系统的傅里叶平面上，所述衰减片根据不同的测量步骤设置在载物平台前或第一成像装置前。
[0011]优选地，所述显微成像系统依次包括照明装置、载物平台、所述显微物镜、分束镜、第六凸透镜、以及第二成像装置。
[0012]优选地，所述显微成像系统的照明装置到分束镜部分的光路与4f成像测量系统光路同轴且相逆；所述分束镜到第二成像装置的光路为旁支光路。
[0013]优选地，所述第一成像装置和/或所述第二成像装置为CCD、LCoS、或DMD中的一种；所述载物平台包括三维可调节支架。
[0014]优选地，所述测量装置至少包括一反射镜；所述反射镜设置在激光束调制系统与所述相位光阑4f成像系统之间，和/或相位光阑4f成像系统与4f成像测量系统之间。
[0015]本专利技术还提供一种基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量方法，采用上述的测量装置获取待测样品的非线性光学参数，所述测量方法包括：
[0016]步骤a)，获取激光束参考光斑信息，
[0017]步骤b)，获取待测样品的激光束线性光斑信息，
[0018]步骤c)，获取待测样品的激光束非线性光斑信息，
[0019]步骤d)，对激光束参考光斑信息、待测样品激光束线性光斑信息、以及待测样品激光束非线性光斑信息进行运算得到样品的非线性光学参数。
[0020]优选地，所述4f成像测量系统包括所述显微物镜，载物平台，第五透镜，第一成像装置，以及衰减片，在实施所述步骤a)时，所述衰减片设于第一成像装置前的光路中。
[0021]优选地，所述4f成像测量系统包括所述显微物镜，载物平台，第五透镜，第一成像装置，以及衰减片，在实施所述步骤b)时，所述衰减片设于载物平台前的光路中。
[0022]优选地，所述4f成像测量系统包括所述显微物镜，载物平台，第五透镜，第一成像装置，以及衰减片，在实施所述步骤c)时，所述衰减片设于载物平台与第一成像装置之间的光路中。
[0023]优选地，不限定步骤a)，b)，c)的先后次序。
[0024]优选地，在步骤b)和步骤c)之前，测量方法还包括步骤e)：通过显微成像系统，调整待测样品的位置。
[0025]本专利技术在4f相位相干成像系统的基础增设了显微成像系统，可以通过显微成像系
统观察待测样品可测试范围，以及激光束在待测样品上的光斑的动态过程，扩展了待测样品的尺寸范围，使得毫米以下乃至微米以下的样品的光学参数得到精确测量。无需移动样品，光路简单；可实现单光束单脉冲测量。由于可以观察到待测样品可测试范围，实现了材料的形貌与材料的光学非线性的同时测量。另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，包括激光束调制系统，相位光阑4f成像系统，4f成像测量系统和显微成像系统，其特征在于，所述4f成像测量系统与所述显微成像系统包括一个共用透镜，所述共用透镜为显微物镜。2.根据权利要求1所述的基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，其特征在于，所述光阑4f成像系统的像焦面与所述显微物镜的邻近所述相位光阑4f成像系统的焦面为共焦面。3.根据权利要求1所述的基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，其特征在于，所述激光束调制系统依次包括激光源、第一透镜、第二透镜、以及孔径光阑，所述第一透镜与所述第二透镜具有共焦面。4.根据权利要求1所述的基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，其特征在于，所述相位光阑4f成像系统依次包括相位光阑、第三透镜、以及第四透镜，第三透镜与第四透镜的共焦面为相位光阑4f成像系统的傅里叶平面。5.根据权利要求1所述的基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，其特征在于，所述4f成像测量系统依次包括所述显微物镜、载物平台、第五透镜、第一成像装置、以及衰减片，所述显微物镜与第五透镜的共焦面为4f成像测量系统的傅里叶平面，所述载物平台在4f成像测量系统的傅里叶平面上，所述衰减片根据不同的测量步骤设置在载物平台前或第一成像装置前。6.根据权利要求1所述的基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，其特征在于，所述显微成像系统依次包括照明装置、载物平台、所述显微物镜、分束镜、第六凸透镜、以及第二成像装置。7.根据权利要求6所述的基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，其特征在于，所述显微成像系统的照明装置到分束镜部分的光路与4f成像测量系统光路同轴且相逆；所述分束镜到第二成像装置的光路为旁支光路。8.根据权利要求5或6所述的基于4f相位相干成像系统的非线性光学参数的测量装置，其特征在于，所述第一成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋瑛林，杨勇，杨俊义，周文法，
申请(专利权)人：苏州微纳激光光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：