CN111024676B - 一种非线性z扫描测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种非线性Z扫描测量方法及装置，用以解决传统Z扫描装置测量某些液体材料非线性时，作用过程中气泡散射出现Z扫描曲线而产生非线性特性，从而错误判断此类液体材料非线性的技术问题。本发明在被测液体中放置超声探测器探测激光与液体相互作用过程中的光声信号，设置带显微镜头的CCD观察激光作用点是否出现气泡，后面设置光谱仪记录激光作用过程中被测样品拉曼频移信号，综合分析光声信号、CCD图像和拉曼频移信号，判断Z扫描过程中引起透过率下降的原因，排除气泡散射对测量结果的干扰，提高了测量精度。本发明适用于任何液体，测量结果更加准确，而且操作方便、简单。
Description
技术领域
本发明涉及光电子学、光学、材料学、物理学的交叉学科的技术领域，特别是高强度脉冲激光在材料非线性光学特性的应用领域，尤其涉及一种非线性Z扫描测量方法及装置，可应用在光学材料非线性测定、光学信息处理、全光计算机等领域。
背景技术
1960年第一台激光器的诞生标志着光电技术进入了一个全新的领域，然而随着光学技术的蓬勃发展，高强度激光与材料相互作用出现大量新现象。这些现象利用传统的线性光学理论已经无法解释，只有利用非线性光学的原理才能予以说明，人们也越来越关注材料的非线性特性。同时随着光通讯技术以及全光计算机技术的发展，需要研制各种光开关、光调制器等全光和光电混合器件，具有大光学非线性系数和超快特性的材料越来越受到人们的关注和青睐。
测量材料非线性性质的方法主要有非线性干涉法、自衍射法、近简并三波混频法、椭圆偏振法、光束畸变测量法、简并四波混频法、Z扫描法等。非线性干涉法、自衍射法、近简并三波混频法和椭圆偏振法主要采用非线性干涉原理测量材料的非线性系数，灵敏度比较高，但是无法确定非线性系数的正负，而且实验装置特别复杂。简并四波混频法测量材料非线性系数灵敏度很高，但是测量过程中需要使用两个准确的延迟器改变三束光的时间延迟，使三束光没有延迟，然而由于焦深的存在，很难将三束光聚焦在样品实际位置；光束畸变法虽然简单，而且也能够确定非线性系数的正负，但是需要严格分析光束在介质中的非线性传播，这是很难做到的，所以测量灵敏度较低。
Z扫描法是1989年由美国Von Stryland课题组提出来的一种测量材料光学非线性性质的新方法，该方法采用单光束测量光学材料的非线性特性，测量装置简单且灵敏度高，不但能够准确地测量光学材料非线性折射率的大小与符号，而且能够同时测量非线性折射率和非线性吸收系数。Z扫描法的提出是光学非线性测量领域的里程碑，其利用光束的横向分布特性测量光学非线性。Z扫描法通过改变样品相对于聚焦高斯光束束腰的扫描位置Z来测量远场接收屏上激光的归一化透过率，从而获得材料的三阶或高阶非线性系数。被测非线性光学样品放置在汇聚透镜焦点附近，并沿光束传播方向（Z轴方向）前后移动。
Z扫描技术的提出是建立在光束非线性调制研究基础之上的，特别是光限幅器和非线性开关的研究。光限幅效应是强激光与物质相互作用过程中一个重要的现象，即当入射光强度较弱时，光几乎没有吸收地透过被辐照物质，当入射激光强度较强时，大部分的入射光被吸收。利用光限幅效应制作的限幅器可以保护精密光学器件等，然而当强激光与液体材料相互作用时，液体材料吸收入射光能量产生温升，当入射激光强度足够高时，液体发生汽化或者高速流动。同时液体材料中如果含有某些可在激光作用下产生气穴气泡的溶质，则液体材料在激光作用下将产生大量微气泡，由于液体汽化，微气泡逐渐变大，当气泡尺寸超过入射激光波长时，气泡将大量散射入射激光能量，从而导致透过液体的激光能量大量减小。对这类材料进行Z扫描测量时，依然能够得到Z扫描曲线，然而此时透过率的减小是由于气泡的散射而不是材料的非线性特性，所以采用传统的Z扫描装置对这类材料进行Z扫描时将影响对其非线性折射率和非线性吸收系数的确定，进而影响对其非线性特性的判定。
发明内容
针对传统Z扫描装置测量某些液体材料非线性时，作用过程中气泡散射出现Z扫描曲线而产生非线性特性，从而错误判断此类液体材料非线性的技术问题，本发明提出一种非线性Z扫描测量方法及装置，利用超声探测器探测气穴气泡的产生，同时采用带有显微镜头的CCD观察溶液中气泡的产生，利用光谱仪记录拉曼频移计算激光与液体材料相互作用点温度，从而判断Z扫描曲线的出现是由于材料的非线性还是气泡的散射。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种非线性Z扫描测量方法，其步骤如下：
步骤一：将被测液体样品放入比色皿并固定在样品台上，超声波探测器浸没在被测液体样品中；
步骤二：打开激光器，根据被测液体样品调节激光器发出激光脉冲的功率，激光脉冲经透镜聚焦后耦合进入被测液体样品，透过被测液体样品的激光由功率计接收；
步骤三：调节CCD的显微镜头聚焦点位置，使显微镜头聚焦在激光与被测液体样品相互作用处；
步骤四：计算机控制系统通过步进电机控制样品台按设定步长沿Z方向自左向右扫描，每走一个设定步长，功率计测量透过被测液体样品激光的功率，并将测量结果通过路由器送给计算机控制系统；
步骤五：步进电机每走一个设定步长，CCD记录激光与被测液体样品相互作用处的视频或图像，并将频或图像通过路由器传送给计算机控制系统；
步骤六：步进电机每走一个设定步长，超声探测器记录被测液体样品的光声信号，并将光声信号通过路由器传送给计算机控制系统；
步骤七：步进电机每走一个设定步长，光谱仪记录激光作用下被液体样品的拉曼频移信号，并将拉曼频移信号传送给计算机控制系统；
步骤八：计算机控制系统根据功率计传送的实时数据绘制被测液体材料的Z扫描曲线，根据拉曼频移信号计算激光与被测液体材料相互的作用点温度，同时计算机控制系统根据CCD和超声探测器传送的实时数据，以及计算得到的作用点温度判断引起透过率下降的原因是激光作用下气泡的产生还是被测液体材料非线性特性，如果是非线性特性引起的，则根据Z扫描曲线计算被测液体材料的非线性系数。
所述CCD通过显微镜头探测激光作用过程中，被测液体样品中是否出现气泡；所述超声探测器探测激光作用过程中被测液体样品是否出现光致超声信号，从侧面验证激光作用过程中气泡的产生。
所述显微镜头聚焦在激光传输路径上；所述CCD和光谱仪均固定在样品台上，CCD和光谱仪均随着样品台同时沿Z方向移动；所述步进电机的设定步长为1-5mm，步进电机每走一个设定步长停滞10秒；所述样品台固定被测液体样品处和功率计放置在激光器的输出光路上，激光器和样品台之间设有透镜，透镜的中心在激光器的输出光路上。
所述被测液体样品为除对超声探测器有腐蚀作用的液体外的所有液体。
一种非线性Z扫描测量方法的测量装置，包括激光器、透镜、样品台、功率计和计算机控制系统，样品台上设有比色皿夹持器，比色皿夹持器上固定有装有被测液体样品的比色皿，透镜、样品台上比色皿的中部和功率计设置在激光器的输出光路上，所述被测液体样品中浸没有超声波探测器，样品台的前面固定有CCD，样品台的后部固定有光谱仪，样品台的下部固定有步进电机，超声波探测器、功率计、CCD、光谱仪均与计算机控制系统相连接，计算机控制系统与同步控制器相连接；同步控制器分别与步进电机、激光器、超声波探测器、功率计、CCD、光谱仪相连接。
所述超声波探测器、功率计、CCD、光谱仪均与路由器相连接，路由器与计算机控制系统相连接。
所述透镜固定在实验台上，透镜的焦距是可调的；所述激光器为连续激光器或脉冲激光器；所述激光器发出的激光正入射进入比色皿，比色皿的两个侧面垂直放置于激光器发出的激光。
所述CCD上固定有显微镜头，显微镜头聚焦在激光器的输出光路上。
所述CCD为光电探测器，CCD的像素大小为1280×1024。
所述样品台固定在沿水平方向的步进电机上，样品台可在步进电机的作用下沿Z方向左右移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果：对传统Z扫描装置加以改进，在被测液体中放置超声探测器探测激光与液体相互作用过程中的光声信号，在比色皿前面设置带显微镜头的CCD观察激光作用点是否出现气泡，在比色皿后面设置光谱仪记录激光作用过程中被测样品拉曼频移，综合分析光声信号、CCD图像和拉曼频移信号，判断Z扫描过程中引起透过率下降的原因，排除气泡散射对测量结果的干扰，提高了测量精度。如果产生气泡，则光限幅效应由气泡散射引起；如果没有气泡产生，则光限幅效应由非线性效应引起。本发明适用于任何液体，测量结果更加准确，而且操作方便、简单。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明被测液体的Z扫描曲线。
图3为本发明CCD记录的图像。
图4为本发明被测液体的光声信号。
图5为本发明被测液体的拉曼频移信号。
图中，1是激光器，2是透镜，3是样品台，4是超声探测器，5是功率计，6是CCD，7是步进电机，8是光谱仪，9是同步控制器，10是路由器，11是计算机控制系统。
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付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。
实施例1：一种非线性Z扫描测量方法，其步骤如下：
步骤一：将被测液体样品放入比色皿并固定在样品台上，超声波探测器浸没在被测液体样品中。
样品台固定在沿水平方向即Z方向的步进电机上，样品台可在步进电机的作用下沿Z方向左右移动。CCD和光谱仪均固定在样品台上，CCD和光谱仪均随着样品台同时沿Z方向移动。超声波探测器浸没在被测液体样品中，也随着样品台的移动而移动。所述被测液体样品为除对超声探测器有腐蚀作用的液体外的所有液体，即只要不对超声探测器有腐蚀，均可使用本发明的技术方案。
步骤二：打开激光器，根据被测液体样品调节激光器发出激光脉冲的功率，激光脉冲经透镜聚焦后耦合进入被测液体样品，透过被测液体样品的激光由功率计接收。
可以根据实际需要调节激光器发出的激光脉冲功率，功率计接收透过被测液体样品的激光的能量，根据检测的能量绘制被测液体样品材料的Z扫描曲线。样品台固定被测液体样品位置和功率计放置在激光器的输出光路上，被测液体样品吸收激光器发射的激光，激光器和样品台之间设有透镜，透镜的中心在激光器的输出光路上，透镜用于将激光器发出的激光聚焦在被测液体样品上。
步骤三：调节CCD的显微镜头聚焦点位置，使显微镜头聚焦在激光与被测液体样品相互作用处。
所述显微镜头聚焦在激光传输路径上，显微镜头用于拍摄激光传输路径上被测液体样品的图像或视频。
步骤四：计算机控制系统通过步进电机控制样品台按设定步长沿Z方向自左向右扫描，每走一个设定步长，功率计测量透过被测液体样品激光的功率，并将测量结果通过路由器送给计算机控制系统。
步进电机的设定步长可根据用户需要调节，调节范围为1-5mm；步进电机每走一个设定步长停滞10秒，以供功率计、CCD、超声探测器和光谱仪检测被测液体样品，检测的结果铜鼓路由器传送至计算机控制系统，计算机控制系统对这些数据进行处理。
步骤五：步进电机每走一个设定步长，CCD记录激光与被测液体样品相互作用处的视频或图像，并将频或图像通过路由器传送给计算机控制系统；
步骤六：步进电机每走一个设定步长，超声探测器记录被测液体样品的光声信号，并将光声信号通过路由器传送给计算机控制系统；
步骤七：步进电机每走一个设定步长，光谱仪记录激光作用下被液体样品的拉曼频移信号，并将拉曼频移信号传送给计算机控制系统；
步骤八：计算机控制系统根据功率计传送的实时数据绘制被测液体材料的Z扫描曲线，根据拉曼频移信号计算激光与被测液体材料相互的作用点温度，同时计算机控制系统根据CCD和超声探测器传送的实时数据，以及计算得到的作用点温度判断引起透过率下降的原因是激光作用下气泡的产生还是被测液体材料非线性特性，如果是非线性特性引起的，则根据Z扫描曲线计算被测液体材料的非线性系数。
所述CCD通过显微镜头探测激光作用过程中，被测液体样品中是否出现气泡；所述超声探测器探测激光作用过程中被测液体样品是否出现光致超声信号，从侧面验证激光作用过程中气泡的产生。在Z扫描过程中光谱仪测量被液体样品的拉曼频移，从而计算激光作用点的温度，进一步从侧面验证激光作用过程中被液体样品的气泡的产生。
本发明光学材料非线性Z扫描过程中，在激光器发射的高能激光与被测液体材料相互作用过程中，液体材料吸收入射光能量，当液体材料温升达到液体汽化温度时，液体材料发生汽化而出现气泡。同时，对于一些特殊溶液来说，例如石墨烯溶液和金纳米颗粒溶液等，溶液中的石墨烯或者金纳米颗粒在强激光脉冲作用下由于气穴现象，将会产生大量微小的气穴气泡，后续激光加热效应导致液体发生汽化，令微小的气穴气泡逐渐长大，当气泡尺寸达到并超过激光波长时，气泡将大量散射入射激光能量，从而引起透过率减小。在Z扫描过程中气泡散射同样能够引起透过率下降而得到同样的Z扫描曲线，但是这和材料非线性特性无关。本发明在传统Z扫描装置基础上加入超声探测器、带有显微镜头的CCD和光谱仪，利用超声探测器探测被液体样品的光声信号，利用CCD拍摄被液体样品的激光作用点是否出现气泡，同时利用光谱仪测量激光作用时被测材料的拉曼频移，从而判断作用点温度，排除气泡对材料非线性的测量，测量结果更加准确。本发明还为非线性Z扫描测量方法提供一种非线性Z扫描测量装置。
扫描结束后计算机控制系统首先用保存记录即功率计测量的每个扫描点透过被测液体样品激光的功率P’除以入射激光的功率P，得到每个扫描点的归一化透过率T，利用计算得到的归一化透过率绘制被测液体非线性Z扫描曲线；其次，计算机控制系统根据保存记录的CCD拍摄的图片分析激光作用过程中被测液体样品是否出现气泡，同时分析超声探测器是否探测到被测液体样品中的光致超声信号，从侧面验证激光作用时是否出现气泡。计算机控制系统分析光谱仪测得的拉曼频移信号，得到拉曼频移，根据拉曼频移计算被测液体样品的激光作用点温度，进一步验证激光作用时是否出现气泡。如果出现气泡，则说明此Z扫描曲线为激光作用产生气泡引起的，而不是材料的非线性，应采用其它方法分析材料的非线性；如果没有气泡产生，则说明Z扫描曲线为材料非线性特性引起的，利用得到的Z扫描曲线分析被测液体材料的非线性特性。
实施例2，如图1所示，一种非线性Z扫描测量装置，包括激光器1、透镜2、样品台3、功率计5和计算机控制系统11，样品台3上固定设有比色皿夹持器，比色皿夹持器上固定有装有被测液体样品的比色皿，被测液体样品放入比色皿后固定在被测样品台3比色皿夹持器上。透镜2、样品台3上比色皿的中部即样品台3固定比色皿位置和功率计5设置在激光器1的输出光路上，透镜2将激光器的发射的激光汇聚到比色皿中的被测液体样品上，功率计5检测透过被测液体样品后激光的功率。所述被测液体样品中浸没有超声波探测器4，样品台3的前面固定有CCD6，样品台3的后部固定有光谱仪8，样品台3的下部固定有步进电机7，在步进电机7的带动下样品台3、CCD6和光谱仪8同时沿Z方向左右移动。超声波探测器4、功率计5、CCD6、光谱仪8均与计算机控制系统11相连接，计算机控制系统11与同步控制器9相连接；同步控制器9分别与步进电机7、激光器1、超声波探测器4、功率计5、CCD6、光谱仪8相连接。本发明可根据用户需要选择Z扫描步长、聚焦透镜焦距、入射激光能量等。计算机控制系统11通过同步控制7分别与激光器1、超声探测器4、功率计5、CCD6、步进电机7和光谱仪8相连接，计算机控制系统11根据用户需要，通过同步控制器7控制激光器1、超声探测器4、功率计5、CCD6、步进电机7和光谱仪8的开关以及参数设置，以及被测液体样品进行Z扫描。
优选地，所述超声波探测器4、功率计5、CCD6、光谱仪8均与路由器10相连接，路由器10与计算机控制系统11相连接，路由器10发射无线信号，将超声波探测器4、功率计5、CCD6、光谱仪8的数据分别传送至计算机控制系统11，减少布设通讯线的成本。超声探测器4、功率计5、CCD6和光谱仪8通过路由器10将测量数据传送给计算机控制系统11保存，扫描结束后计算机控制系统11根据保存记录的数据分析被测材料的非线性特性，测量结果更加准确。
优选地，所述透镜2固定在实验台上，透镜2的焦距是可调的，可根据用户需要改变；透镜2一般为短焦透镜，但也可根据用户实际需要设置。所述激光器1为连续激光器或脉冲激光器，脉宽和波长均无限制。所述激光器1发出的激光正入射进入比色皿，比色皿的两个侧面垂直放置于激光器1发出的激光，减少对入射激光的反射。
优选地，所述CCD6上固定有显微镜头，显微镜头聚焦在激光器1的输出光路上。显微镜头方便实时检测被测液体样品的内部细微变换。所述CCD6为光电探测器，CCD6的像素大小为1280×1024，方便探测激光作用出被测液体样品的内部变化。
所述样品台3固定在沿水平方向的步进电机7上，样品台3可在步进电机7的作用下沿Z方向左右移动。步进电机的设定步长可根据用户需要调节。
本发明的工作过程为：激光器1发出的激光脉冲经透镜2聚焦后进入装有被测液体样品的比色皿，透过被测液体样品的激光进入功率计5；步进电机7带动比色皿、CCD6和光谱仪8根据设置的步长自左向右扫描，每走一个设置步长，停滞10s；功率计5、CCD6和光谱仪8在步进电机停滞时记录相关数据，并将数据通过路由器10传送给计算机控制系统11并保存；扫描结束后，计算机控制系统11根据保存记录数据绘制被测液体样品的Z扫描曲线，同时分析引起透过率下降的原因，并根据分析结果计算被测液体材料的非线性系数。
从激光器1发生的激光脉冲经透镜2聚焦后进入装在比色皿中的被测液体样品，比色皿固定在样品台3的比色皿夹持器上。透过被测液体样品的激光被功率计5接收并测量功率。被测样品在步进电机7的作用下自左向右扫描，扫描步长根据用户需要设定，每扫描一个设定步长停滞10s，此时功率计5测量透过被测样品的激光功率，并通过路由器10传送给计算机控制系统11，超声探测器4测量激光作用下光声信号，并通过路由器10传送给计算机控制系统11，CCD6摄取激光与被测液体相互区气泡图像，并通过路由器10传送给计算机控制系统11，光谱仪8记录激光作用过程中拉曼频移信号，通过路由器10传送给计算机控制系统11。计算机控制系统11保存超声探测器4、功率计5、CCD6和光谱仪8传送过来的数据。
实施例3：一种非线性Z扫描测量装置，样品台3上比色皿中所装液体样品为石墨烯纳米片NMP悬浮液，石墨烯纳米片采用电化学剥离法剥离K2SO4盐溶液中HOPG得到，石墨烯纳米片平均尺寸为1.5μm、厚度为2.4nm。
激光器1发出的激光脉冲的波长为527 nm、脉宽为150ns。透镜2是焦距为100 mm的透镜。CCD 6为Pixelink PL-B742U型CCD。同步控制器9内部采用12位A/D转换器和D/A转换器的组合，分辨率可达0.1%。计算机控制系统11为一般的PC机。
按照图1所示结构连接好各元件，打开计算机控制系统11中的材料非线性Z扫描装置控制软件，该控制软件基于WINDOWS操作系统，采用C++语言自行编制的控制软件，用于控制和协调图1的光路中各光学元件的运行、实验数据的处理以及输出等。将配置好的石墨烯悬浮液装入样品台3上的比色皿中。计算机控制系统11通过同步控制器打开激光器1、超声探测器4、功率计5、CCD 6和光谱仪8，同时根据材料非线性Z扫描装置控制软件设置CCD 6的积分时间和分辨率等运行参数。计算机控制系统11自动保存CCD 6送回所记录图像，同时对CCD 6送回的图像进行分析，分析透过比色皿激光出现大幅度下降时，被测液体样品的溶液中是否出现气泡。同时光谱仪8采集激光作用时石墨烯溶液的拉曼频移，并根据拉曼频移结果计算激光作用点溶液温度。超声探测器4探测激光作用时的光声信号。拉曼频移和光声信号的测量均为从侧面进一步印证气泡的产生。如果产生气泡，则引起材料光限幅效应的原因则为气泡散射，如果没有产生气泡，则引起材料光限幅效应的原因则为非线性效应。任务结束时，计算机控制系统11输出触发信号将所有装置关闭。
激光器1发出的纳秒激光脉冲经透镜2聚焦后进入装有石墨烯悬浮液的比色皿，步进电机7带动比色皿沿Z方向移动，每移动一个步长，功率计5记录透过比色皿的激光能量，结束后得到石墨烯NMP悬浮液Z扫描曲线，如图2所示。图3为CCD 6测量的激光与石墨烯溶液相互作用时产生的气泡图像。图4为超声探测器4检测激光与石墨烯溶液相互作用时产生的光致超声信号。图5为光谱仪8检测的激光与石墨烯溶液相互作用时石墨烯的拉曼频移信号，根据拉曼频移信号结果可得到石墨烯溶液在激光作用下温升仅为180℃。图3所示结果证明石墨烯溶液在激光作用下产生了气泡，而图4和图5结果从侧面进一步印证了气泡的产生，气泡对入射激光的散射导致石墨烯NMP悬浮液在激光作用下产生了光限幅效应，而非非线性过程。
本发明在传统Z扫描装置的基础上增加超声探测器、光谱仪和带显微镜头的CCD，观察Z扫描过程中是否出现气泡，从而排除强激光与溶液相互作用过程中产生的气泡对材料非线性特性确定的影响；采用装有显微镜头的CCD记录光限幅效应产生时是否同时产生气泡，同时采用超声探测器记录气泡产生时的光致超声信号，以及采用光谱仪记录激光作用过程中的拉曼频移信号，进一步从侧面印证气泡的产生。如果产生气泡，则光限幅效应由气泡散射引起；如果没有气泡产生，则光限幅效应由非线性效应引起。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非线性Z扫描测量方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将被测液体样品放入比色皿并固定在样品台上，超声波探测器浸没在被测液体样品中；
步骤二：打开激光器，根据被测液体样品调节激光器发出激光脉冲的功率，激光脉冲经透镜聚焦后耦合进入被测液体样品，透过被测液体样品的激光由功率计接收；
步骤三：调节CCD的显微镜头聚焦点位置，使显微镜头聚焦在激光与被测液体样品相互作用处；
步骤四：计算机控制系统通过步进电机控制样品台按设定步长沿Z方向自左向右扫描，每走一个设定步长，功率计测量透过被测液体样品激光的功率，并将测量结果通过路由器送给计算机控制系统；
步骤五：步进电机每走一个设定步长，CCD记录激光与被测液体样品相互作用处的视频或图像，并将视频或图像通过路由器传送给计算机控制系统；
步骤六：步进电机每走一个设定步长，超声探测器记录被测液体样品的光声信号，并将光声信号通过路由器传送给计算机控制系统；
步骤七：步进电机每走一个设定步长，光谱仪记录激光作用下被液体样品的拉曼频移信号，并将拉曼频移信号传送给计算机控制系统；
步骤八：计算机控制系统根据功率计传送的实时数据绘制被测液体材料的Z扫描曲线，根据拉曼频移信号计算激光与被测液体材料相互的作用点温度，同时计算机控制系统根据CCD和超声探测器传送的实时数据，以及计算得到的作用点温度判断引起透过率下降的原因是激光作用下气泡的产生还是被测液体材料非线性特性，如果是非线性特性引起的，则根据Z扫描曲线计算被测液体材料的非线性系数。
2.根据权利要求1所述的非线性Z扫描测量方法，其特征在于，所述CCD通过显微镜头探测激光作用过程中被测液体样品中是否出现气泡；所述超声探测器探测激光作用过程中被测液体样品是否出现光致超声信号，从侧面验证激光作用过程中气泡的产生。
3.根据权利要求1或2所述的非线性Z扫描测量方法，其特征在于，所述显微镜头聚焦在激光传输路径上；所述CCD和光谱仪均固定在样品台上，CCD和光谱仪均随着样品台同时沿Z方向移动；所述步进电机的设定步长为1-5mm，步进电机每走一个设定步长停滞10秒；所述样品台固定测液体样品处和功率计放置在激光器的输出光路上，激光器和样品台之间设有透镜，透镜的中心在激光器的输出光路上。
4.根据权利要求1所述的非线性Z扫描测量方法，其特征在于，所述被测液体样品为除对超声探测器有腐蚀作用的液体外的所有液体。
5.根据权利要求1、2或4所述的非线性Z扫描测量方法的测量装置，包括激光器（1）、透镜（2）、样品台（3）、功率计（5）和计算机控制系统（11），样品台（3）上设有比色皿夹持器，比色皿夹持器上固定有装有被测液体样品的比色皿，透镜（2）、样品台（3）上比色皿的中部和功率计（5）设置在激光器（1）的输出光路上，其特征在于，所述被测液体样品中浸没有超声波探测器（4），样品台（3）的前面固定有CCD（6），样品台（3）的后部固定有光谱仪（8），样品台（3）的下部固定有步进电机（7），超声波探测器（4）、功率计（5）、CCD（6）、光谱仪（8）均与计算机控制系统（11）相连接，计算机控制系统（11）与同步控制器（9）相连接；同步控制器（9）分别与步进电机（7）、激光器（1）、超声波探测器（4）、功率计（5）、CCD（6）、光谱仪（8）相连接。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述超声波探测器（4）、功率计（5）、CCD（6）、光谱仪（8）均与路由器（10）相连接，路由器（10）与计算机控制系统（11）相连接。
7.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述透镜（2）固定在实验台上，透镜（2）的焦距是可调的；所述激光器（1）为连续激光器或脉冲激光器；所述激光器（1）发出的激光正入射进入比色皿，比色皿的两个侧面垂直放置于激光器（1）发出的激光。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述CCD（6）上固定有显微镜头，显微镜头聚焦在激光器（1）的输出光路上。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述CCD（6）为光电探测器，CCD（6）的像素大小为1280×1024。
10.根据权利要求6、7或8所述的测量装置，其特征在于，所述样品台（3）固定在沿水平方向的步进电机（7）上，样品台（3）在步进电机（7）的作用下沿Z方向左右移动。
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