專利名稱：一種測量材料光學非線性的相位光闌的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能測出材料三階光學非線性折射的相位光闌。
背景技術：
隨著光通信和光信息處理等領域技術的飛速發展，非線性光子學材料研究日益重要。光邏輯、光存儲、光三極管、光開關等功能的實現主要依賴于非線性光子學材料的研究 進展。介質光學非線性參數的測量技術是研究非線性光學材料的關鍵技術。4f 相位相干成像系統(G. Boudebs and S. Cherukulappurath,“Nonlinear optical measurements usinga 4f coherent imaging system with phase object”，Phys. Rev. A,69，053813(1996))就是近年來提出的一種測量材料非線性折射和吸收的新方法。4f相位相干成像法是一種光束畸變的測量方法，這種方法是在4f系統物平面上放置一個相位光闌，將待測的非線性物體放置在傅里葉平面上，而在出射面上用CCD相機接收出射激光脈沖圖像的方法。這種方法可以利用單脈沖同時測量非線性折射系數的大小和符號。相位光闌是在一個圓形光闌的中心制作一個面積更小圓形的相位物體，通過相位物體的光比其它地方的光有一個/2的相位延遲。當被測材料的非線性折射率為正的時候，C⑶接收到的非線性圖像由于正相襯的原因，在相位物體的位置強度比周圍增強。相反的，當被測材料的非線性這折射率為負的時候，非線性圖像的相位物體的位置的強度比周圍要弱。4f相位相干成像法巧妙地利用相位光闌來實現了非線性折射率的大小和符號的測量。
發明內容
本發明提供的一種相位光闌，該相位光闌也能有效的測量和區分介質的三階非線性折射系數的大小與符號，而且不會影響測量的靈敏度。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是—種測量材料光學非線性的相位光闌,其特征在于,所述相位光闌中處于光闌中心的相位物體為環形相位物體。相位光闌是通過在一個光闌中心鍍透明介質薄膜形成的環形相位物體構成的。相位光闌中心的環形相位物體的位相延遲為2m + JI /2,其中m為整數。通過將原來的圓形的統一相位延遲/2的相位物體改進成對稱的環形相位物體，使得環形相位物體所在的區域也產生n/2相位延遲。同樣對于非線性折射率為正的樣品，在非線性圖像中相位延遲為n/2的區域由于正相襯強度增強。相反的，當被測材料的非線性這折射率為負的時候，在非線性圖像中相位延遲為n/2的區域由于負相襯強度減小。利用本發明的光闌在4f相位相干成像系統進行非線性折射率的測量分兩部分進行，即非線性測量和能量校準。非線性測量的具體步驟為
(I)取走待測樣品，用C⑶相機采集一個脈沖圖像，稱為無樣品圖像。(2)將待測樣品放置在傅里葉平面，將中性衰減片放置在非線性樣品之前，使得照射到樣品上的光強降低到線性區域，用CCD相機采集一個脈沖圖像，稱為線性圖像。(3)將待測樣品放置在傅里葉平面，將先前采集線性圖像是使用的中性衰減片移到樣品之后，用CCD相機采集一個脈沖圖像，稱為非線性圖像。能量校準是將非線性樣品取走，將能量計放置在4f系統的兩個凸透鏡之間的某一位置使得激光光斑能夠全部打到能量計探頭上。發射一個激光脈沖，用能量計測量脈沖的能量，同時用CCD相機采集參考光路的參考光斑。由于此時光路中所有器件都是線性器件，所以根據參考光斑的強弱就可以知道入射脈沖能量的大小。這樣在非線性測量過程中的入射到待測樣品上的脈沖的能量就可以通過同一個激光脈沖產生的參考光斑來計算得到。測量完畢以后，以線性光斑作為輸入通過數值擬合非線性光斑來得到非線性折射率的值。實驗的靈敏度是由非線性光闌的強度差值來決定的。對于通常的帶有圓形物體的相位光闌，定義歸一化以后的非線性圖像中相位物體區域的平均強度與相位物體以外區域的平均強度的差值為AT。對于環形相位光闌，同理可以定義歸一化以后的非線性圖像中相位延遲/2的環形區域的平均強度與無相位延遲的環形物體以外區域的平均強度差值為AT'。數值模擬顯示，在相同入射光強的情況下，環形相位物體的相位光闌的非線性圖像中，由于相位延遲n/2的方形區域的平均強度與帶圓形相位物體的相位光闌的非線性圖像中相位物體區域的平均強度幾乎相等。所以現在的相位光闌中，對于系統測量的靈敏度不會有影響。環形相位光闌的靈敏度的提高是隨著樣品非線性相移的變化而不同的。將靈敏度的變化定義為I-AT' /AT，則當樣品內產生的非線性相移I的情況下，所以新的相位光闌對于測量精度不會有影響。本發明的理論模型如下。在4f系統的入射面上二維物體被由脈沖激光發射的歸一化的線偏振單色平面波(E = E0 (t) exp [-j (wt-kz)]+c. c.)照射。如果相位物體透過率為t(x, y),則在相位物體后表面的場為0(x, y, t) = E(x, y, t)t(x, y)，所以樣品前表面場振幅為0(x, y, t)的空間傅里葉變換
權利要求
1.一種測量材料光學非線性的相位光闌,其特征在于,所述相位光闌中處于光闌中心的相位物體為環形相位物體。
2.根據權利要求I所述的一種測量材料光學非線性的相位光闌，其特征是所述相位物體由透明介質薄膜構成。
3.根據權利要求I或2所述的一種測量材料光學非線性的相位光闌，其特征是所述相位光闌中心的環形相位物體的位相延遲為2m π+ π/2，其中m為整數。
全文摘要
本發明公開了一種測量材料光學非線性的相位光闌，將現有相位光闌中的圓形的統一位相延遲π/2的相位物體改成位相延遲為π/2環形相位物體。數值模擬證明當非線性相移0＜ΦNL＜π時，在相位物體寬度相等的情況下，用本發明改進的環形相位光闌測量三階非線性與圓形的相位物體測量精度相比要略大點，是理想的光學非線性測量范圍。本發明的環形相位光闌在非線性相移0＜ΦNL＜π時，不僅能測量與區分三階非線性折射率的大小和符號，而且不會影響到系統測量的靈敏度。
文檔編號G02B5/00GK102621605SQ201210088840
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者劉南春, 劉小波, 宋瑛林, 楊俊義, 楊勇, 聶仲泉 申請人:常熟微納激光光子技術有限公司