用于光学材料微区的非线性效应所引起的折射率和双折射变化的测量系统技术方案

本系统包括飞秒激光（FS），光子光纤（SF）以及光学系统，该光学系统包括分光元件（DW）、两个光通道（KO1,KO2）和干涉仪测量系统，特别是以位于从光学系统中产生的测量光束的光轴上的VAWI干涉仪。第一光通道（KO1）包括具有形成测量光束的聚光器（K）的单色仪（MCR），并且该单色仪（MCR）在入口处连接至光子光纤（SF）。第二光通道（KO2）的反射镜系统包括能够改变在所述第二光通道（KO2）内的第二光束的光程的可移动反射镜（ZP）。测试材料（M）被置于位于测量光束和通过光通道（KO2）传输的第二光束的交叉处的测量区域内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的主题是一种用于光学材料微区的非线性效应所引起的折射率和双折射变化的测量系统，其被用在光学材料参数计量，光谱，相移色散计量和材料工程中，在光学材料，特别是纳米材料的非线性效应研究中。
技术介绍
干涉仪系统例如马赫-曾德耳(Mach-Zehnder)干涉仪,迈克尔逊(Michelson)干涉仪以及他们的变型都被用于折射率和双折射的测量。在应用光学研究所开发、基于可变波长技术的VAWI (可变波长干涉测量技术)偏光干涉显微镜也被使用。US 7663765专利说明书提出了一种用于双光束测量技术的包括图像获取摄像机的测量系统。特定波长的一个光束通过包括位于系统入口、偏光器以及反射镜系统的分光元件的光学系统。测量对象被放置于一个光束的传播路径上。在光学系统入口的两个光束都被引导至图像采集装置，其记录了两个偏光光束的干扰得到的图像且将图像传送至处理和分析记录数据的电脑。应用于由具有大功率激光脉冲的物质相互作用所导致的非线性效应所引起的折射率变化的测量的已知的测量技术使用“Z-扫描”系统用于测量。在这些系统中，汇聚的大功率激光光束穿过被测量的材料样品。由于材料折射率的非线性变化，穿过材料的光束的汇聚改变了，从而影响了由位于光轴Z上的固定探测器所测量的光强度。用于沿着光束传播方向移动的样品的不同位置的光强度测量使你能够确定由非线性效应所引起的样品折射率的变化。Z-扫描系统允许你测量仅在微区中的光学参数的改变，使得它不能用于显微样品的测量。另外，系统测量物质上的平均光效应，由此测出平均非线性折射率的数值。用于非线性折射率且包括干涉系统的其他单光束或双光束测量系统也是已知的，然而，它们仅允许用户测量在时间和空间中的平均参数，不允许用户测量在微区中的非线性光学参数。已知系统的缺点在于它们不允许你测量光学材料微区中的非线性折射率和非线性双折射以及环境条件对测量结果的影响，从而不允许你测量具有足够精度的非线性参数。高分辨率成像的方法也是已知的。其中，基于在一个包括飞秒激光器，光子光纤和具有波前像差仪的摄像机的系统中的超连续光谱产生，它们被用在非线性光学，光谱和光学层析成像之中。飞秒激光脉冲在光子光纤中短暂的传播允许用户获得连贯和广泛的连续高分辨率光谱。这些系统不适合用于在光学材料微区中的非线性效应所引起的折射率和双折射率变化的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是开发一种改进的干涉测量系统，其能够使用激光脉冲精确的测量在小于几个微米的区域中的光学材料的非线性折射率和非线性双折射。用于测试由非线性效应引起的折射率和双折射的变化的测试系统，包括一个飞秒激光，一个光子光纤以及一个光学系统，该光学系统包括一个分光元件、两个光通道和一个干涉仪测量系统，特别是以位于从光学系统中产生的测量光束的光轴上的VAWI干涉仪，根据本专利技术，其特征在于第一光通道包括具有测量光束聚集器的单色仪，并且该单色仪在入口处连接至光子光纤。第二光通道包括具有能够改变在第二光通道内的第二光束的光程的可移动反射镜的反射镜系统。测试材料被置于位于来自光通道的测量光束和第二光束的交叉处的测量区域内。优选地，将滤光器置于测试材料和VAWI干涉仪之间以切断第二光束激光。优选地，包括在第一光通道上包括聚焦元件，特别地，以位于光子光纤输入端面的第一透镜的形式。 优选地，包括在入口处配备有光学聚焦元件的第二光通道内的第二光纤，特别地，以第二透镜的形式。优选的，包括位于分光元件和包括可移动反射镜的反射镜系统的可移动反射镜之间的第二反射镜，而可移动反射镜是两个平面反射表面的直角系。根据本专利技术，该系统能够测量在小于几个微米的区域中的光学材料的非线性折射率和非线性双折射，在该区域内激光脉冲穿过垂直于朝向VAWI干涉仪的单色仪传输的测量光束的光轴的测试材料。另外，该系统能够测量由物质与大功率激光脉冲的相互作用造成的非线性效应和热效应引起的光学参数的变化，而非线性效应和热效应可以被区分。单色仪的应用允许用户可以获得由单色仪所提供的整个光谱内的非线性折射率和非线性双折射的精确的光谱特性。引起非线性光学效应的激光脉冲可以以不同的方式配置，例如，根据功率或波长，考虑到所观察现象的增加和减少以及它们与波长的相关性，其允许用户进行更加详细的测试。具体实施例方式本专利技术的主题在附图中示出了，该附图展示了折射率和双折射变化测量系统的示意图。如图所示，通过飞秒激光FS传输的单色激光光脉冲光束被分光元件DW分为穿过独立的光通道KOl和K02的两个光束。第一光通道KOl由光学系统中从分光元件DW至VAWI干涉仪的第一激光光束路径所确定。第二光通道K02由光学系统中从分光元件DW至放置测试材料M的测量区域的第二激光光束路径所确定。第一反射镜Zl，第一透镜Obl和光子光纤SF与固定有聚光器K的单色仪MCR串联连接被置于第一光束路径上。由光子光纤SF产生的超连续光谱通过输入狭缝SI被引导进入单色仪MCR，同时从单色仪MCR产生的单色光束穿过输出狭缝S2由聚光器K形成。放置测试材料M的测量区域位于聚光器K之后。单色光束，通过测量区域之后，穿过切断源自VAffI干涉仪的第二光束的激光的滤光器F。在第二光束路径上有第二反射镜Z2，可移动反射镜ZP，第二透镜0b2以及将大功率激光射入测试材料M的第二光纤SM。可移动反射镜ZP用于同步脉冲。测试材料M被放置于位于第二光束和单色光束的交叉点的测量区域，其中单色光束由单色仪MCR发出且沿着VAWI干涉仪的光轴移动。单色光束是在VAWI干涉仪中被分析的测量光束。穿过第一光通道KOl的光束通过第一透镜Obl被引导进入光子光纤SF，其将单色光脉冲转变为多色光脉冲，特别地，白色光被称为超连续谱。由光子光纤SF产生的多色光穿过可调谐单色仪MCR的输入狭缝SI，被分成不同的波长并且被导入输出狭缝S2。从输出狭缝S2产生的、在单色仪MCR的测量范围内的选定波长的单色光通过聚光器K被转变为照亮测试材料M的单色光的平行光束。来自第二光通道K02的单色激光的大功率脉冲被传输穿过透镜0b2进入将它们传送至测试材料M的第二光纤SM。光也可能不通过第二光纤SM被导入测试材料M。来自光通道K02的大功率脉冲影响测试材料M，局部改变它的光学参数——折射率和双折射——在它们穿过材料的时候及地方。材料的折射率和双折射的瞬间变化引起在被大功率脉冲穿过的测试材料M的微区中的测量光束的相位推迟的瞬间变化。测量包括光脉冲在两个光通道KOl，K02在空间和时间上的同步，使得两个脉冲在同时到达被干涉仪所分析的测试材料M。在这种情况下，大功率脉冲在给定时间穿过的材料区域被由单色仪MCR产生的测量光束脉冲同步地照亮。可移动反射镜ZP用于同步。反射镜在箭头所指示的方向内移动引起在第二光通道K02内通过的光脉冲的光程的变化。通过测试材料M之后，测量光束穿过滤光器F到达自动化VAWI干涉仪。由于来自两个通道K01，K02的同步，干涉仪记录了由大功率激光脉冲与物质的相互作用所产生的非线性效应引起的光学参数的瞬间变化。可调谐单色仪MCR能够用预设波长的单色光束照亮测试材料M，使得它可以在遍及整个可见光光谱，即400-700nm的范围内，测试折射率和双折射的光谱分布的瞬间变化。用VAWI取代Z-扫描系统以及光子光纤SF产生的超连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于非线性效应引起的折射率和双折射的变化的测试系统，它包括飞秒激光，光子光纤以及光学系统，该光学系统包括分光元件、两个光通道和干涉仪测量系统，特别是以位于从光学系统中产生的测量光束的光轴上的VAWI干涉仪的形式，其特征在于：第一光通道（KO1）包括具有形成测量光束的聚光器（K）的单色仪（MCR），并且该单色仪（MCR）在入口处连接至光子光纤（SF），以及第二光通道（KO2）包括具有改变在第二光通道（KO2）内的第二光束的光程的带可移动反射镜（ZP）的反射镜系统，其中，测试材料（M）被置于位于测量光束和通过光通道（KO2）传输的第二光束的交叉处的测量区域内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加塞克·加拉斯，达赖厄斯·利特温，托马斯·科兹洛夫斯基，塔德斯·克里斯汀斯基，
申请(专利权)人：应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：