專利名稱：一種二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)測試系統(tǒng)的研制。
背景技術(shù)：
非線性光學(xué)(nonlinear optics, NLO)是現(xiàn)代光學(xué)的一個新領(lǐng)域，是研究在 強光作用下物質(zhì)的響應(yīng)與場強呈現(xiàn)的非線性關(guān)系的科學(xué)，這些光學(xué)效應(yīng)稱為非 線性光學(xué)效應(yīng)。在眾多的非線性光學(xué)效應(yīng)中，倍頻效應(yīng)(又稱二階非線性光學(xué)效 應(yīng))是最引人注目也是研究得最多的非線性效應(yīng)。1961年，P. A. Franken等人發(fā) 現(xiàn)石英晶體具有倍頻效應(yīng)，次年，用紅寶石激光器首先在方解石(CaC03)中觀 察到光學(xué)二次諧波，從而宣告了非線性光學(xué)的誕生，幾十年來，該學(xué)科取得了 巨大的成就，已經(jīng)發(fā)展成為以量子電動力學(xué)、經(jīng)典電動力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合光譜 學(xué)、固體物理學(xué)、化學(xué)等多門學(xué)科的綜合性學(xué)科，它幾乎滲透到科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域 的各個方面，如在光通訊、光信息處理、存儲及全息術(shù)、光計算機、激光武器、 激光精密加工、激光化學(xué)、激光醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
目前，二階非線性光學(xué)效應(yīng)測試系統(tǒng)仍未見有成熟的商業(yè)整機產(chǎn)品，國內(nèi) 外的研究者根據(jù)光學(xué)的基本原理(主要是Maker條紋法)進(jìn)行設(shè)備搭建，較為常見 的是用1.06 um調(diào)Q激光激發(fā)樣品，直接通過探測器對樣品產(chǎn)生的各種光信號進(jìn) 行檢測，分析是否產(chǎn)生532 nm的綠光并對此綠光特性進(jìn)行識別，從而判斷樣品 是否具有二階非線性光學(xué)倍頻效應(yīng)。然而，具有無心結(jié)構(gòu)的材料在強激光的激 發(fā)下可能會產(chǎn)生二階非線性倍頻光，同時也可能有其它光學(xué)效應(yīng)如熒光、光解、 光化學(xué)反應(yīng)等非倍頻光。而非倍頻光對材料倍頻光的判斷有較大影響。目前采 用的二階非線性光學(xué)效應(yīng)測試系統(tǒng)是將所有的光，包括倍頻光和非倍頻光一起 進(jìn)行探測觀察，因此在測試過程中很難對倍頻光和非倍頻光特別是熒光進(jìn)行嚴(yán)格的區(qū)分和識別，這是目前非線性光學(xué)檢測系統(tǒng)面臨的一個難題。因此，建立
一套易區(qū)分和識別倍頻光和非倍頻光的二階非線性光學(xué)效應(yīng)的測試系統(tǒng)是非常
有意義的
發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明的目的是研制一套對倍頻光高分辨率、高靈敏度，且易區(qū)分和識別 倍頻光和非倍頻光的新型二階非線性光學(xué)效應(yīng)測試系統(tǒng)。 本發(fā)明包括如下技術(shù)方案
1. 一種二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括激光光源1，樣品室2，探測器4， 其特征在于該系統(tǒng)在樣品室2與探測器4之間放置譜儀3，將激光激發(fā)樣品產(chǎn) 生的倍頻光及其它光效應(yīng)產(chǎn)生的非倍頻光分開，在譜儀3后采用探測器4探測 倍頻光。
2. 如項1所述的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)設(shè)置多通道數(shù) 字延遲脈沖發(fā)生器5，用于協(xié)調(diào)控制OPO光源、探測器和譜儀。
3. 如項1所述的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)設(shè)置儀器控制
及數(shù)據(jù)采集與分析平臺6。
4. 一種項1的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)的用途，其特征在于該系統(tǒng)用于材料
的紫外、可見、紅外二階非線性光學(xué)測試。
5. —種項4所述的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)的用途，其特征在于所述的材料
的形態(tài)包括粉末和單晶體。
該系統(tǒng)中譜儀的作用是將不同頻率的光進(jìn)行篩分，而探測器則可對不同光 譜信號進(jìn)行探測。
具有二階非線性光學(xué)效應(yīng)的材料，無論是粉末或單晶樣品，在強激光的激 發(fā)下會產(chǎn)生倍頻光信號(如二階非線性光學(xué)效應(yīng)很低會導(dǎo)致很弱的光信號而無法檢測)和其它光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的非倍頻光信號，因而須對這兩種不同性質(zhì)的光 信號進(jìn)行檢測和識別才能對材料的二階非線性光學(xué)效應(yīng)進(jìn)行判別。如是倍頻光 信號，則倍頻光的波長正好是激發(fā)激光波長的一半且半峰寬很窄，如是非倍頻 光信號，則其光信號的波長和峰形與激發(fā)激光無內(nèi)在聯(lián)系且半峰寬很寬。根據(jù) 這兩種光信號的顯著差異并結(jié)合目前非線性光學(xué)測試系統(tǒng)的原理，我們創(chuàng)新性 地提出把激光激發(fā)樣品產(chǎn)生的倍頻光及其它光效應(yīng)產(chǎn)生的非倍頻光經(jīng)過譜儀分 光，同時在譜儀后采用探測器進(jìn)行探測的新設(shè)計方案。當(dāng)激光激發(fā)產(chǎn)生的光信 號全部經(jīng)過譜儀分光后，選定激發(fā)激光波長X的一半位置作為探測器的探測中 心，就可獲得(0.5xX土x) (X可根據(jù)光譜分辨率的高低而設(shè)定，X值越小則分辨率 越高)的譜帶。由二階非線性光學(xué)基本原理可知，除波長外倍頻光的屬性與激 發(fā)光相同，倍頻光將具有與激發(fā)激光一樣好的單色性，即半峰寬非常窄且光強 度高，而非倍頻光具有比激光寬得多的譜帶，因此很容易從探測器拍攝到的光 譜帶中識別出這兩種不同性質(zhì)的光，從而實現(xiàn)二階非線性光學(xué)效應(yīng)的定性分析。
如果用石英或KDP等已知倍頻材料為標(biāo)準(zhǔn)物，通過測試未知樣品的倍頻光的強
度，與標(biāo)準(zhǔn)物在相同測試條件下的倍頻光強度進(jìn)行比較，即可獲得未知樣品的 倍頻系數(shù)的大小。
該測試系統(tǒng)能適用粉末樣品和單晶樣品的測試。如是單晶樣品，在測試過 程中要考慮相位匹配的因素，因此需在樣品臺安裝一個高精度的步進(jìn)電機以控 制樣品臺的精細(xì)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)相位匹配，同時，由于單晶樣品產(chǎn)生的倍頻激 光較強，需防止強的倍頻光對光譜儀光柵和探測器的損害，因此需加入衰減片。
該測試系統(tǒng)的優(yōu)點是對材料的倍頻光有很高的分辨率和靈敏度，而且易于 識別，有利于弱信號二階非線性光學(xué)效應(yīng)的測試，同時它適合于可見近紅外以 及中遠(yuǎn)紅外二階非線性光學(xué)效應(yīng)的測試。


附圖為二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合

該發(fā)明的具體實施方案。圖中 l是激光光源采用電光調(diào)Q的固體激光器，二或三倍頻產(chǎn)生一定波長的激光作 為OPO的輸入光，經(jīng)OPO調(diào)諧后輸出一定范圍內(nèi)波長可調(diào)、寬度約10ns的脈
沖激光。
2是多功能樣品室有四個窗口，樣品臺可以精確平移和轉(zhuǎn)動，可放濾色片、衰
減片、反射片等。
3是高精度譜儀波長范圍200 — 2200nm，光譜分辨率0.1nm，波長精度0.2nm，
波長重復(fù)精度O.lnm。 4是探測器采用陣列探測器，主要用于紫外可見及中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)材料的測試。
5是多通道數(shù)字延遲脈沖發(fā)生器采用四通道數(shù)字延遲脈沖發(fā)生器，用于協(xié)調(diào)控
制OPO光源、探測器和譜儀等動作的精確時間點。
6是儀器控制和數(shù)據(jù)采集和分析計算機及軟件，計算機與各模塊間的接口和通
信，集成控制臺，數(shù)據(jù)采集和分析。
權(quán)利要求
1.一種二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括激光光源(1)，樣品室(2)，探測器(4)，其特征在于該系統(tǒng)在樣品室(2)與探測器(4)之間放置譜儀(3)，將激光激發(fā)樣品產(chǎn)生的倍頻光及其它光效應(yīng)產(chǎn)生的非倍頻光分開，在譜儀(3)后采用探測器(4)探測倍頻光。
2. 如權(quán)利要求1所述的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)設(shè)置多 通道數(shù)字延遲脈沖發(fā)生器(5)，用于協(xié)調(diào)控制OPO光源、探測器和譜儀。
3. 如權(quán)利要求1所述的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)設(shè)置儀 器控制及數(shù)據(jù)采集與分析平臺(6)。
4. 一種權(quán)利要求1的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)的用途，其特征在于該系統(tǒng)用于材料的紫外、可見、紅外二階非線性光學(xué)測試。
5. —種權(quán)利要求4所述的二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)的用途，其特征在于所述的材料的形態(tài)包括粉末和單晶體。
全文摘要
一種二階非線性光學(xué)測試系統(tǒng)，涉及光學(xué)測試系統(tǒng)的研制。該測試系統(tǒng)的最大特點是該系統(tǒng)在激光激發(fā)樣品產(chǎn)生的倍頻光及其它光效應(yīng)產(chǎn)生的非倍頻光后入射至譜儀，通過譜儀把倍頻光和非倍頻光分開，在譜儀后采用陣列探測器進(jìn)行探測，從而實現(xiàn)對倍頻光和非倍頻光的識別，進(jìn)而實現(xiàn)對材料的倍頻效應(yīng)進(jìn)行定性和定量測試，具有對材料的倍頻光高分辨率、高靈敏度的優(yōu)點，有利于弱信號二階非線性光學(xué)效應(yīng)的測試，同時它適合于可見近紅外以及中遠(yuǎn)紅外二階非線性光學(xué)效應(yīng)的測試。
文檔編號G02F1/35GK101295117SQ200710008880
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者戈 張, 鄒建平, 郭國聰, 黃呈輝 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所