在第二光谱仪11上得到一系列开孔测量光斑，所述开孔测量光路包括依次设置的第二透镜10、第二光谱仪11，所述反射测量光依次经第二透镜10入射至第二光谱仪11。所述透射测量光经闭孔测量光路入射至第三光谱仪13并在第三光谱仪13上得到一系列闭孔测量光斑，所述闭孔测量光路包括依次设置的小孔光阑12、第三光谱仪13，所述透射测量光经小孔光阑12入射至第三光谱仪13 ο第一光谱仪5、第二光谱仪11、第三光谱仪13分别与计算机处理系统14电连接，第一光谱仪5上得到的监测光斑、第二光谱仪11得到的开孔测量光斑、第三光谱仪13得到的闭孔测量光斑分别传输至计算机处理系统14。通过采用白光激光光源I与传统Z扫描方法相结合的方式，利用光谱仪替代传统的滤波轮，效率更高，只需一次Z扫描即可实时获取材料在多波长下的非线性吸收系数和非线性折射系数，直接得到非线性光子学材料的光学非线性吸收光谱和非线性折射光谱特性。
[0018]该装置的测量原理为:
[0019]白光激光光束经第一分束镜4分为两束光，一束为监测光，用于记录入射激光光谱能量变化，另一束为测量光，测量光经第一透镜6会聚到待测样品7上。待测非线性样品受到测量光脉冲作用后产生非线性吸收和非线性折射效应，导致透过待测样品7的测量光的振幅和相位发生变化。而振幅的变化可以通过测量经第二分束镜9反射的反射光能量得到，称为“开孔测量”，相位变化可通过测量通过小孔光阑12的透射光能量得到，称为“闭孔测量”。“开孔”和“闭孔”测量分别被第二光谱仪11和第三光谱仪13所记录。将同一样品、位置、时刻的“开孔”光谱能量和“闭孔”光谱能量除以第一光谱仪5探测得到的入射光光谱能量，即可得到每个波长下的不同样品位置的“开孔”透过率曲线和“闭孔”透过率曲线。由于“开孔”透过率曲线只与非线性吸收有关，对“开孔”透过率曲线进行拟合可以得到非线性吸收系数。“闭孔”透过率曲线与非线性吸收和非线性折射相关，在已知非线性吸收系数的情况下，对“闭孔”透过率曲线进行拟合可得到非线性折射系数。第一光谱仪5、第二光谱仪11、第三光谱仪13数据通过计算机处理系统14进行采集。通过对采集数据进行处理可以直接得到待测样品7的光学非线性吸收光谱特性和非线性折射光谱特性。
[0020]该装置的测量步骤为:
[0021](1)、按装置所示布置光路，将待测样品7固定在电动平移台8上，使电动平移台8沿Z方向(系统光轴方向)从-Z移动到+Z，第二光谱仪11和第三光谱仪13分别接收不同样品位置的“开孔”光谱能量和“闭孔”光谱能量。第一光谱仪5记录不同样品位置时的入射光光谱會ti。
[0022](2)、将“开孔”光谱能量和“闭孔”光谱能量除以入射光光谱能量得到每个波长下不同样品位置的“开孔”透过率曲线和“闭孔”透过率曲线，对“开孔”透过率曲线和“闭孔”透过率曲线进行数据处理，获得待测样品7在每个波长下的光学非线性吸收系数和非线性折射系数，从而得到待测样品7在宽波长范围内的光学非线性吸收光谱和非线性折射光谱特性。
[0023]实施例二
[0024]在实施例一的基础上，所述第一分束镜4的反射率和透射率均为50%，保证监测光能量与入射到样品上的测量光能量相同，从而，可直接将监测光能量作为入射到样品上的测量光能量进行处理，将第二光谱仪11得到的测量光能量除以监测光能量得到样品的归一化透过率。第二分束镜9的反射率和透射率均为50%，保证开孔测量光能量和闭孔测量光能量相同。
[0025]实施例三
[0026]在实施例一的基础上，所述小孔光阑12设置在待测样品7的远场位置，且所述小孔光阑12的孔径的尺寸与入射激光远场衍射光斑的尺寸相同。该入射激光远场衍射光斑是指入射激光经菲涅尔衍射传播到小孔光阑12位置处形成的的光斑。
【主权项】
1.一种实时高效的非线性光谱特性测量装置，其特征在于，包括入射光路、测量光路、监测光路、开孔测量光路、闭孔测量光路、计算机处理系统(14);所述入射光路包括依次设置的白光激光光源(I)、波片(2)、偏振片(3)、第一分束镜(4)，所述白光激光光源(I)产生的入射激光依次经波片(2)、偏振片(3)后由第一分束镜(4)分成两束激光，其中一束激光作为测量光进入测量光路，另一束激光作为监测光进入监测光路;所述监测光路包括第一光谱仪(5)，所述监测光入射至第一光谱仪(5)并在第一光谱仪(5)得到一系列监测光斑;所述测量光经测量光路入射至待测样品(7)，所述测量光经过待测样品(7)后入射至第二分束镜(9)后由第二分束镜(9)分成反射测量光和透射测量光;所述反射测量光经开孔测量光路后入射至第二光谱仪(11)并在第二光谱仪(11)上得到一系列开孔测量光斑，所述透射测量光经闭孔测量光路入射至第三光谱仪(13)并在第三光谱仪(13)上得到一系列闭孔测量光斑；所述第一光谱仪(5)、第二光谱仪(11)、第三光谱仪(13)分别与计算机处理系统(14)电连接，所述第一光谱仪(5)上得到的监测光斑、第二光谱仪(11)得到的开孔测量光斑、第三光谱仪(13)得到的闭孔测量光斑分别传输至计算机处理系统(14)。2.根据权利要求1所述的一种实时高效的非线性光谱特性测量装置，其特征在于，所述测量光路包括依次设置的第一透镜(6)、电动平移台(8)、第二分束镜(9)，所述电动平移台(8)上放置有可沿Z方向移动的待测样品(7)，所述测量光依次经第一透镜(6)、待测样品(7)后由第二分束镜(9)分成反射测量光和透射测量光;所述开孔测量光路包括依次设置的第二透镜(10)、第二光谱仪(11)，所述反射测量光依次经第二透镜(10)入射至第二光谱仪(11);所述闭孔测量光路包括依次设置的小孔光阑(12)、第三光谱仪(13)，所述透射测量光经小孔光阑(12)入射至第三光谱仪(13)。3.根据权利要求2所述的一种实时高效的非线性光谱特性测量装置，其特征在于，所述第一分束镜(4)的反射率和透射率均为50%，所述第二分束镜(9)的反射率和透射率均为50%。4.根据权利要求2所述的一种实时高效的非线性光谱特性测量装置，其特征在于，所述小孔光阑(12)设置在待测样品(7)的远场位置，且所述小孔光阑(12)的孔径的尺寸与入射激光远场衍射光斑的尺寸相同。
【专利摘要】本实用新型涉及一种实时高效的非线性光谱特性测量装置，包括入射光路、测量光路、监测光路、开孔测量光路、闭孔测量光路、计算机处理系统；所述入射光路包括依次设置的白光激光光源、波片、偏振片、第一分束镜；所述监测光路包括第一光谱仪、第二光谱仪、第三光谱仪，所述第一光谱仪、第二光谱仪、第三光谱仪分别与计算机处理系统电连接。本实用新型采用白光激光光源1及滤波轮与传统Z扫描方法相结合的方式，可快速获取材料在多波长下的非线性吸收系数和非线性折射系数，从而得到宽波长范围内材料的光学非线性吸收光谱和非线性折射光谱特性。
【IPC分类】G01N21/33, G01N21/31, G01N21/359
【公开号】CN205301164
【申请号】
【发明人】张霖, 马玉荣, 杨 一, 任寰, 石振东, 马骅, 原泉, 冯晓璇, 陈波, 杨晓瑜, 马可, 李 东, 姜宏振, 刘勇, 巴荣声, 周信达, 郑垠波
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月15日