一种宽波段相位物体、4f光学非线性测量系统及测量方法技术方案

本申请提出一种宽波段相位物体、4f光学非线性测量系统及测量方法。该相位物体采用两块载玻片进行叠加产生间隙达到制作相位物体的基本要求，制作成普通相位物体和吸收性相位物体，置于旋转平台上，通过调整旋转台的旋转角度来控制相位物体的厚度，实现控制相位物体的相位。当相位物体产生相位为π/2的整数倍时，中心液膜、薄膜会出现完整的干涉亮纹或者暗纹，可以清楚地观察到待测样品的非线性折射现象，此时可以达到最优灵敏度。将相位物体固定在旋转平台上的另一个用处就是可以自由精准地控制相位物体的厚度，在连续波长波下，实现通过调整旋转平台的旋转角度来寻找对应波长下合适的厚度，达到最优的测量灵敏度。达到最优的测量灵敏度。达到最优的测量灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种宽波段相位物体、4f光学非线性测量系统及测量方法


[0001]本申请涉及光学非线性测量
，具体的涉及一种用于测量非线性效应的宽波段相位物体、系统及测量方法。

技术介绍

[0002]随着非线性光学的日益发展，大量的具有光学非线性性质的材料被发现，并应用于光电子器件、光信息处理以及光通信等方面。为了寻找各种用途的光学非线性材料，大量测量光学非线性材料的技术被提出来用于筛选理想的非线性材料。然而对于研究一些光学非线性性质比较弱的材料，则需要一些高灵敏度的技术方法来对材料进行测量。4f相干成像技术(Sudhir Cherukulappurath,Georges Boudebs,and Andre Monteil,“4f coherent imager system and its application to nonlinear optical measurements”Opt.Soc.Am.B 21,273(2004))是一种测量光学非线性相关物理参量常用的技术，此方法主要利用光束畸变法，该技术无需移动样品，对于光斑的空间分布要求不高，依靠非线性光斑的空间分布来对样品进行检测等优点。但是该方法在早期应用时，无法分辨材料的光学非线性折射的符号。
[0003]2004年G.Boudebs等人在4f系统的入射面上引入了一个利用相位物体进行光学非线性测量的4f相位相干成像技术(G.Boudebs and S.Cherukulappurath，“Nonlinear optical measurements using a 4f coherent imaging systemwith phase objects”，PHYSICAL REVIEW A 69,053813(2004))。改进后的4f系统增加了一个重要器件就是相位物体，该技术利用相衬原理将经过非线性样品相位物体的相位变化转变成光的强弱变化，对样品的光学非线性相关物理参量进行测量，并且解决了非线性折射的符号问题，此后被大量应用来测量材料的光学非线性性质。
[0004]随着该技术应用越来越广泛，对于相位物体的研究和制备迅速进入人们的视野。实现相位物体(PO，Phase object)的原理是当物体的厚度发生变化时，它的相位也变化，那么对相位物体的厚度控制就显得格外重要。目前对相位物体的实现有三种方法的：
[0005](1)利用压电陶瓷的位移平台，但是压电陶瓷位移平台不仅价格昂贵，还有最小步进距的限制，且制作工艺复杂；
[0006](2)固定厚度的相位物体，但是固定厚度的相位物体只针对固定波长，连续波长下无法达到最优的测量灵敏度，并且在实现相位物体的过程中存在着误差。(3)利用空间光调制器实现光的相位调制，但该方法需要价格昂贵的空间光调制器。

技术实现思路

[0007]为解决上述存在的问题。本申请提出一种用于测量具有非线性效应的宽波段相位物体。具有良好的相位可控性，测量灵敏度高。
[0008]为实现上述目的，本申请采用如下的技术方案：
[0009]一种宽波段相位物体，用于测量待测样品非线性效应，其特征在于，包括：
[0010]第一载玻片及第二载玻片，
[0011]所述第一载玻片与第二载玻片层叠且之间具有间隙，所述间隙内有液膜，所述第一载玻片及第二载玻片为透明玻璃。
[0012]优选的，该液膜的厚度介于0.5μm
‑
1mm。
[0013]本申请实施例提供一种4f光学非线性测量系统，包括：入射激光束，所述入射激光束光路上依次设置：反射镜、上述的宽波段相位物体、第一凸透镜、待测样品、第二凸透镜、CCD；
[0014]所述宽波段相位物体固定于旋转装置上，宽波段相位物体放置于系统中入射面的物平面上；旋转装置的旋转轴垂直与光轴；
[0015]第一透镜的像方焦点和第二透镜的物方焦点重合，待测样品置于第一透镜的像方焦点处，即待测样品置于系统的傅立叶面，CCD放置于系统出射面的像平面上，
[0016]入射激光束发出的入射光经反射镜反射射入所述宽波段相位物体，经过第一透镜进行傅立叶变换，到达傅立叶面上的样品前表面，光斑经非线性待测样品滤波后，从待测样品后表面出射，经过第二透镜进行傅立叶逆变换收集光斑，
[0017]所述CCD用于上获得经第二透镜的光斑图像。
[0018]优选的，该4f光学非线性测量系统中，旋转所述旋转装置以调整宽波段相位物体的厚度，
[0019]表达式为：式中，为宽波段相位物体产生的相位，d为液膜厚度，λ为入射激光束波长，θ为旋转台旋转角度。
[0020]优选的，该旋转装置包括：分光计、分度盘及数控转台。
[0021]本申请实施例提供一种利用上述系统的光学非线性测量方法，所述方法包括：
[0022]将衰减片放置于待测样品的前方，利用CCD接收通过待测样品后的第一图像；
[0023]将同一衰减片放置待测样品的后方，调节旋转装置控制宽波段相位物体的相位，利用CCD接收通过待测样品后的第二图像；
[0024]对获得的第一图像及第二图像进行处理，得到待测样品的光学非线性参数。
[0025]优选的，该第二图像，所述第二光斑为最亮的干涉条纹或最暗的干涉条纹，为非线性图像。
[0026]优选的，该第一图像为线性图像。
[0027]优选的，该光学非线性测量方法中，
[0028]对获得的第一图像及第二图像进行处理包括：将非线性曲线与线性曲线置于同一张图表中，获取非线性参数。
[0029]有益效果
[0030]本申请实施方式具有良好的相位可控性，形成完整的相位周期；无波长限制，装置制作灵活多变；连续波长下均可达到最优测量灵敏度以及实现制作吸收型相位物体，提高测量灵敏度的优点。
附图说明
[0031]图1为本申请实施例的宽波段相位物体示意图；
[0032]图2为本申请实施例的宽波段相位物体与旋转装置示意图；
[0033]图3为本申请实施例的4f光学非线性测量系统示意图；
[0034]图4中(a)、(b)、(c)是本申请的经过图像处理获得的线性图像；
[0035]图5中(a)、(b)、(c)是本申请的经过图像处理获得的非线性图像；
[0036]其中：1、入射激光束；2、反射镜；3、宽波段相位物体；4、第一凸透镜；5、待测样品；6、第二凸透镜；7、CCD。
具体实施方式
[0037]为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将合附图对本申请做进一步地详细描述。以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0038]实施例一
[0039]如图1所示，一种宽波段相位物体，用于测量待测样品非线性效应，其特征在于，包括：第一载玻片10及第二载玻片20，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽波段相位物体，用于测量待测样品非线性效应，其特征在于，包括：第一载玻片及第二载玻片，所述第一载玻片与第二载玻片层叠且之间具有间隙，所述间隙内有液膜，所述第一载玻片及第二载玻片为透明玻璃。2.如权利要求1所述的宽波段相位物体，其特征在于，所述液膜的厚度介于0.5μm
‑
1mm。3.一种4f光学非线性测量系统，包括：入射激光束，其特征在于，所述入射激光束光路上依次设置：反射镜、如权利要求1或2所述的宽波段相位物体、第一凸透镜、待测样品、第二凸透镜、CCD；所述宽波段相位物体固定于旋转装置上，宽波段相位物体放置于系统中入射面的物平面上；旋转装置的旋转轴垂直与光轴；第一透镜的像方焦点和第二透镜的物方焦点重合，待测样品置于第一透镜的像方焦点处，即待测样品置于系统的傅立叶面，CCD放置于系统出射面的像平面上，入射激光束发出的入射光经反射镜反射射入所述宽波段相位物体，经过第一透镜进行傅立叶变换，到达傅立叶面上的样品前表面，光斑经非线性待测样品滤波后，从待测样品后表面出射，经过第二透镜进行傅立叶逆变换收集光斑，所述CCD用于上获得经第二透镜的光斑图像。4.如权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊义，宋瑛林，杨勇，邵章阳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：