一种非线性透射率测试装置的制作方法

本发明涉及非线性光学技术领域，特别是涉及一种非线性透射率测试装置。

背景技术：

随着光通信和光信息处理等领域的飞速发展，对于非线性光学材料的研究需求日益增加。光信息存储、光开关、光调制器、光限幅器、以及激光加工与检测、激光光谱分析等方面的应用都依赖于非线性光学材料的研究进展。非线性透射曲线是用来表征材料非线性光学性质的重要手段之一，通过改变入射光的强度，测量通过非线性材料后的透射光强度，计算描绘出样品透射率随入射光强度的变化曲线，通过进一步拟合分析可以得到材料的饱和吸收、反饱和吸收、多光子吸收、非线性折射等非线性光学性质的重要参数。

非线性透射曲线测试是研究非线性光学材料的最常用的实验技术之一。在传统测试方法中，如图1所示，光源01(如高功率激光)通过透镜03聚焦于样品上，透镜03前加入可调渐变中性密度滤光片02调节入射光强度，先用探测器04测试入射光功率p0，除以焦点面积得到入射光强度i0，再将探测器04置于样品之后测试透过样品的光功率p1，进一步计算透过率t＝p1/p0，通过手动调节滤光片02位置，改变入射光强，重新读取p0和p1的值，即可得到t关于i0的变化曲线。

上述方法优点是测试方法简便，不需要复杂仪器设备，但也伴随着若干缺点：首先，近年来高功率超短脉冲激光普遍应用于非线性光学领域，考虑到光学元件的损伤阈值，其光斑尺寸通常较大(商用35fs脉冲激光器出射光光斑直径可达10mm)，经过渐变式滤光片后极易导致光斑在空间上强度分布不均匀而影响光斑质量，这会影响对材料非线性光学性质的表征和相关参数的计算；其次，传统测量方法耗时较长，由于测量过程中需要手动调节滤光片位置直至探测器显示欲测试功率值，待读数稳定后，记录入射功率值，然后再测量透过样品的光强，增加了对样品稳定性的要求，而且每次读取入射光功率时由于探测器放置位置的变化容易引入测量误差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非线性透射率测试装置，可以避免手动多次测量激发光强引入的误差，缩短测量时间。其具体方案如下：

一种非线性透射率测试装置，包括：

光源模块，用于提供激发光束；

光强衰减模块，用于将所述激发光束衰减至预设功率；

聚焦透镜，用于将衰减后的光束聚焦于样品位置；

探测器，用于测量通过所述样品后的透射光相关非线性光学特性。

优选地，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，所述光强衰减模块包括可移动支架，位于所述移动支架上的至少两块阶梯中性密度滤光片；

各所述滤光片可通过所述可移动支架移动至预设位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，所述滤光片的形状为条形或圆形。

优选地，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，所述可移动支架为电动平移台。

优选地，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，所述聚焦透镜为光学透镜、曲面反射镜或抛物面反射镜。

优选地，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，所述探测器为光功率计、光谱仪或光电探测器。

优选地，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，所述光强衰减模块、所述聚焦透镜和所述样品的中心在一条直线上。

本发明所提供的一种非线性透射率测试装置，包括：光源模块，用于提供激发光束；光强衰减模块，用于将激发光束衰减至预设功率；聚焦透镜，用于将衰减后的光束聚焦于样品位置；探测器，用于测量通过样品后的透射光相关非线性光学特性。这样采用光强衰减模块的设计，在保证入射光强度空间分布均匀性的同时，可以对入射光强度可实现近连续可调，避免了传统测试方法需要手动多次测量激发光强引入的误差，且只需要对光强衰减模块进行一次校准，即可快速实现光强相关非线性光学性质的测量，大大缩短了测量时间，降低了对样品稳定性的要求，解决了现有非线性透射等光学实验中需要手动调节入射光强度，频繁改变探测器位置引起的光强测量误差，以及光斑经过渐变中性密度滤光片后产生的空间光强分布不均匀等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有的非线性透射曲线测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的非线性透射率测试装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的阶梯中性密度滤光片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种非线性透射率测试装置，如图2所示，包括：

光源模块1，用于提供激发光束；

光强衰减模块2，用于将激发光束衰减至预设功率；

聚焦透镜3，用于将衰减后的光束聚焦于样品位置；

探测器4，用于测量通过样品后的透射光相关非线性光学特性。

在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，采用光强衰减模块的设计，在保证入射光强度空间分布均匀性的同时，可以对入射光强度可实现近连续可调，避免了传统测试方法需要手动多次测量激发光强引入的误差，且只需要对光强衰减模块进行一次校准，即可快速实现光强相关非线性光学性质的测量，大大缩短了测量时间，降低了对样品稳定性的要求，解决了现有非线性透射等光学实验中需要手动调节入射光强度，频繁改变探测器位置引起的光强测量误差，以及光斑经过渐变中性密度滤光片后产生的空间光强分布不均匀等问题。

需要说明的是，透射光相关非线性光学特性可以为透射光功率或由于非线性吸收引起的发射光谱特性(如多光子荧光)。在具体实施时，为了测量出通过样品后的透射光功率，探测器可以为光功率计；而为了测量通过样品后的透射光的非线性发射光谱等其他非线性光学性质，探测器可以为光谱仪或光电探测器。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，光强衰减模块可以包括可移动支架，位于移动支架上的至少两块阶梯中性密度滤光片；各滤光片可通过可移动支架移动至预设位置。

在实际应用中，如图2所示，光源模块1产生激发光束(功率为p)；光强衰减模块2可由预设数量(如两块)的阶梯中性密度滤光片组成，每片滤光片固定在可移动支架上，由电脑可以控制可移动支架将滤光片移动到预设位置，组合构成光密度近似连续可调的光强衰减系统，激发光束经光强衰减至预设功率p0(p0＝t0*p，t0为光强衰减模块内的滤光片到预设位置时对应的透射率)，这样再经聚焦透镜3聚焦于样品位置，经过样品后的透射光功率p1可以由探测器4测量。

通过电脑控制可移动支架将滤光片移动到不同的预设位置，可测量样品透射率t依赖入射光强度i0的变化曲线；其中，t＝p1/p0，i0＝p0/s0，s0为样品所在位置的光斑面积。

具体地，本发明以光强衰减模块采用两块阶梯中性密度滤光片组成(sigmakoki公司，产品型号snd-12)为例，如图3所示，1-11位置对应于不同的光密度和透射率，0位置为空白(即透射率t0＝100％)。每片滤光片固定在电动平移台上，由电脑控制移动到相应位置(0-11)，见表一，排列组合构成了光密度近似连续可调的光强衰减系统。

表一

为了确保光强衰减模块透射率的准确性，可在测试开始之前移除样品，见表二，移动两个滤光片分别到对应的预设位置，通过测试光束经过光强衰减模块后的功率，计算不同预设位置对应的透射率t0，进而对表二中的数据进行校准，之后测量则无需重复测量入射光强，只需直接测量通过样品的透射光强即可。

表二

优选地，滤光片的形状可以选用条形或圆形，即光束衰减模块可由至少两块条形或圆形阶梯中性密度滤光片组成；为了提高效率，可移动支架可以选用电动平移台，相应地，电动平移台可用旋转平移台替换，另外，电动平移台也可改为手动平移台或其它可移动支架。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，聚焦透镜可以为光学透镜、曲面反射镜或抛物面反射镜等具有聚焦功能的光学元件。光源模块可以为飞秒激光光源，具体波长，脉宽的选择可由样品和实验需求决定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述非线性透射率测试装置中，为了提高测试结果的准确率，光强衰减模块、聚焦透镜和样品的中心可以设置在一条直线上。

综上，本发明实施例提供的一种非线性透射率测试装置，包括：光源模块，用于提供激发光束；光强衰减模块，用于将激发光束衰减至预设功率；聚焦透镜，用于将衰减后的光束聚焦于样品位置；探测器，用于测量通过样品后的透射光相关非线性光学特性。本发明采用光强衰减模块的设计，在保证入射光强度空间分布均匀性的同时，对入射光强度可实现近连续可调，避免了传统测试方法需要手动多次测量激发光强引入的误差，且只需要对光强衰减模块进行一次校准，即可快速实现光强相关非线性光学性质的测量，大大缩短了测量时间，降低了对样品稳定性的要求，解决了现有非线性透射等光学实验中需要手动调节入射光强度，频繁改变探测器位置引起的光强测量误差，以及光斑经过渐变中性密度滤光片后产生的空间光强分布不均匀等问题。

需要说明的是，本实施例中所描述的具体部件，例如光源模块、阶梯中性密度滤光片、聚焦透镜、探测器等参数特征等仅是为了更好说明本项发明，实际在组成，构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应当属于本发明的范围。

最后，还需要说明的是，在本文中，关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的非线性透射率测试装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。