CN111077117A - 一种表面二阶非线性光学测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面二阶非线性光学测试装置及其测试方法，所述装置通过激光单元以指定角度向待测样品发射入射光，利用检测单元接收入射光射向待测样品后产生的反射光，并对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中反射光为入射光的倍频光。本发明通过测试激光以指定角度射向待测样品后产生的倍频激光来判断待测样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。本发明适用于测试对激光有较强吸收的待测样品，由于本发明激光以指定角度入射待测样品，入射激光仅在待测样品的表面产生反射，避免了待测样品对激光的吸收，测量结果更加可靠。

Description

一种表面二阶非线性光学测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及光谱仪器技术领域，尤其是涉及一种表面二阶非线性光学测试装置及测试方法。

背景技术

非线性光学效应，是一种重要的非线性光学效应，具有非线性光学效应的材料能够对不同波长的激光进行变频得到新波长激光。由于非线性光学技术能够获得特殊用途的新波长激光，从而扩展激光器的可调谐范围，因此，该技术在光通讯、激光雷达、卫星测距、激光化学、激光医学等领域有着广泛的应用。

研究及寻找新的非线性光学材料已成为目前非线性光学领域的研究热点。通过测试待测材料的倍频性能可以判断其非线性光学性能，现有测量非线性光学效应的装置都是利用激光激发待测材料，通过探测器对透过样品产生的光信号进行检测，分析样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。但是，对于本身对激光光源或信号光有较强吸收的待测材料，比如磷锗锌晶体(简称ZGP晶体)，则通过这种方法无法测试到真实的信号光强度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种表面二阶非线性光学测试装置及测量方法，能够解决现有对激光光源或信号光有较强吸收的待测材料的非线性光学性能检测准确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种表面二阶非线性光学测试装置，包括：激光单元，用于以指定角度向待测样品发射入射光；

检测单元，用于接收所述入射光射向待测样品后产生的反射光，所述反射光为入射光的倍频光，并对所述反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息。

作为本发明再进一步的方案：所述光学测试装置还包括：

第一分光棱镜，设置在所述激光单元和所述待测样品之间的光路上，所述第一分光棱镜镀有所述入射光波长的增透膜。

作为本发明再进一步的方案：所述光学测试装置还包括：

第二分光棱镜，设置在所述待测样品和所述检测单元之间的光路上，所述第二分光棱镜镀有所述反射光波长的增透膜。

作为本发明再进一步的方案：所述第二分光棱镜还镀有所述入射光波长的增透膜。

作为本发明再进一步的方案：所述检测单元包括光电探测器和数据采集器；

所述光电探测器接收所述入射光射向待测样品后产生的反射光，获取反射光的信号强度，并将其转化为电信号后传输给所述数据采集器；

所述数据采集器接收该电信号，并将其转化为数字信号。

作为本发明再进一步的方案：所述激光单元为纳秒、皮秒或者飞秒的激光器，所述激光器出射红外光波段、可见光波段或者紫外光波段的激光。

本发明还提供一种应用于上述任一种所述的表面二阶非线性光学测试装置的测试方法，所述方法包括：

将入射光以指定角度射向待测样品；

经过所述待测样品反射，得到反射光；

对所述反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中所述反射光为入射光的倍频光。

作为本发明再进一步的方案：所述入射光以指定角度射向待测样品之前，所述方法还包括：

去除掉所述入射光以外的光波。

作为本发明再进一步的方案：对待测样品的反射光的信号强度进行检测之前，所述方法还包括：

去除掉所述待测样品的反射光以外的光波。

作为本发明再进一步的方案：对所述反射光的信号强度进行检测的具体方法为：

接收所述待测样品的反射光，获取反射光的信号强度；

将反射光的信号强度转化为电信号，再将该电信号转化为数字信号。

本发明的有益效果包括但不限于：

(1)本发明提供的表面二阶非线性光学测试装置，通过激光单元以指定角度向待测样品发射入射光，利用检测单元接收入射光射向待测样品后产生的反射光，并对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中反射光为入射光的倍频光。本发明光学测试装置通过测试激光以指定角度射向待测样品后是否产生倍频激光，以及产生的倍频激光的强度大小来判断待测样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。本发明适用于测试对激光有较强吸收的待测样品，由于本发明激光以指定角度入射待测样品，入射激光仅在待测样品的表面产生反射，避免了待测样品对激光的吸收，测量结果更加可靠，测量效率高，方便快捷。

(2)进一步地，本发明设置的激光单元可以出射红外光波段、可见光波段或者紫外光波段的激光，使装置可以测试不同波段待测试样的二阶非线性光学性能；进一步地，本发明通过设置的第一分光棱镜对激光单元发射的入射光进行分离，去除掉入射光以外的光波，使入射光射向待测样品，通过去除其他光波，避免了因为其他光波的影响带来的测量误差，使测量结果更准确；进一步地，本发明通过设置的第二分光棱镜对待测样品的反射光进行分离，去除掉待测样品的反射光以外的光波，同样避免了因为其他光波的影响带来的测量误差，进一步提高了测量的准确性；进一步地，本发明设置的第二分光棱镜还对入射光高透，避免了入射光射向激光单元，对激光单元造成损害。

(3)进一步地，本发明通过光电探测器接收待测样品反射的反射光的信号强度，并将其转化为电信号后传输给数据采集器，数据采集器接收该电信号，并将其转化为数字信号后与服务器通信，服务器将数字信号转化为待测样品表面的二阶非线性光学信息。本发明操作简单，测量成本低，节省了人力和物力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种表面二阶非线性光学测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种表面二阶非线性光学测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：

本发明实施例提供了一种表面二阶非线性光学测试装置，如图1所示，包括激光单元101、检测单元102；

激光单元101，用于以指定角度向待测样品发射入射光；

进一步的，激光单元101可以是脉冲纳秒、皮秒或者飞秒的激光器，本发明实施例对此不做限定。激光单元101可以出射包括红外光波段、可见光波段和紫外光波段的激光。通过这种设置，使本发明装置可以测试不同波段待测试样的二阶非线性光学性能，扩大了本发明的使用范围。

其中，指定角度为入射光射向待测样品的入射角，入射光射向待测样品后产生反射光，反射光的反射角与入射角相同；优选的入射角为45°，则反射角同样为45°，入射光与反射光垂直。

本发明实施例中，待测样品可以是粉末或者晶体，待测样品放置在样品架上，样品架通光面上全部选用对反射光的波段高透的玻璃片。

检测单元102，用于接收入射光射向待测样品后产生的反射光，反射光为入射光的倍频光，并对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息。

进一步的，检测单元102包括光电探测器和数据采集器；

光电探测器接收入射光射向待测样品后产生的反射光，获取反射光的信号强度，并将其转化为电信号后传输给数据采集器；

数据采集器接收该电信号，并将其转化为数字信号，然后与服务器通信，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息。

进一步的，本实施例光学测试装置还包括：

第一分光棱镜，设置在激光单元101和待测样品之间的光路上，第一分光棱镜镀有入射光波长的增透膜。第一分光棱镜对激光单元101发射的入射光进行分离，去除掉入射光以外的光波，使入射光射向待测样品，通过去除其他光波，避免了因为其他光波的影响带来的测量误差，使测量结果更准确。

进一步的，本实施例光学测试装置还包括：

第二分光棱镜，设置在待测样品和检测单元102之间的光路上，第二分光棱镜镀有反射光波长的增透膜。第二分光棱镜对待测样品的反射光进行分离，去除掉待测样品的反射光以外的光波，同样避免了因为其他光波的影响带来的测量误差，进一步提高了测量的准确性。

进一步的，第二分光棱镜还镀有入射光波长的增透膜。避免了入射光射向激光单元101，对激光单元101造成损害。

本发明提供的表面二阶非线性光学测试装置，通过激光单元101以指定角度向待测样品发射入射光，利用检测单元102接收入射光射向待测样品后产生的反射光，并对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中反射光为入射光的倍频光。本发明光学测试装置通过测试激光以指定角度射向待测样品后是否产生倍频激光，以及产生的倍频激光的强度大小来判断待测样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。本发明适用于测试对激光有较强吸收的待测样品，由于本发明激光以指定角度入射待测样品，入射激光仅在待测样品的表面产生反射，避免了待测样品对激光的吸收，测量结果更加可靠，测量效率高，方便快捷。

实施例2：

本实施例提供了一种表面二阶非线性光学测试装置。其中待测样品为福建福晶科技股份有限公司的磷锗锌晶体。

激光单元101选择纳秒激光器，输出高峰值功率的1064nm的脉冲入射光。

第一分光棱镜，镀有1064nm波长的增透膜，用于分离1064nm的入射光和其他杂散光。

通过第一分光棱镜的入射光以45°的入射角射向磷锗锌晶体，则反射光的反射角亦为45°，入射光和反射光垂直。波长为1064nm的入射光射向磷锗锌晶体表面后，变为波长为532nm的反射光。

第二分光棱镜，镀有532nm和1064nm波长的增透膜，用于分离532nm的反射光、1064nm的入射光与其他杂散光。

光电探测器选择美国THORLABS提供的DET025A，测定波长范围为400-1100ns。光电探测器测定经过第二分光棱镜后的532nm光的强度，光电探测器将光信号转变为电信号，实时传输给数据采集器。

数据采集器，同步激光单元101的输出激光信号，采集光电探测器的信号，并将电信号数据转化为数字信号同步传送给服务器，服务器得出磷锗锌晶体表面的二阶非线性光学信息。

结果分析，信号的强弱变化表明待测样品表面的二阶非线性光学性能。

本发明提供的表面二阶非线性光学测试装置，通过激光单元101以指定角度向待测样品发射入射光，利用检测单元102接收入射光射向待测样品后产生的反射光，并对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中反射光为入射光的倍频光。本发明光学测试装置通过测试激光以指定角度射向待测样品后是否产生倍频激光，以及产生的倍频激光的强度大小来判断待测样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。本发明适用于测试对激光有较强吸收的待测样品，由于本发明激光以指定角度入射待测样品，入射激光仅在待测样品的表面产生反射，避免了待测样品对激光的吸收，测量结果更加可靠，测量效率高，方便快捷。

实施例3：

本实施例提供了另一种表面二阶非线性光学测试装置。其中待测样品同样选用福建福晶科技股份有限公司的磷锗锌晶体。

激光单元101选择纳秒激光器，输出高峰值功率的2μm的脉冲入射光。

第一分光棱镜，镀有2μm波长的增透膜，用于分离2μm的入射光和其他杂散光。

波长为2μm的红外波段激光通过磷锗锌晶体后，变为波长为1μm的反射光。

第二分光棱镜，镀有1μm和2μm波长的增透膜，用于分离1μm的反射光、2μm的入射光与其他杂散光。

其他同实施例2。

结果分析，信号的强弱变化表明样品表面的二阶非线性光学性能。

本发明提供的表面二阶非线性光学测试装置，通过激光单元101以指定角度向待测样品发射入射光，利用检测单元102接收入射光射向待测样品后产生的反射光，并对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中反射光为入射光的倍频光。本发明光学测试装置通过测试激光以指定角度射向待测样品后是否产生倍频激光，以及产生的倍频激光的强度大小来判断待测样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。本发明适用于测试对激光有较强吸收的待测样品，由于本发明激光以指定角度入射待测样品，入射激光仅在待测样品的表面产生反射，避免了待测样品对激光的吸收，测量结果更加可靠，测量效率高，方便快捷。

实施例4：

本发明另一实施例提供一种应用于上述任一种所述的表面二阶非线性光学测试装置的测试方法，如图2所示，本实施例方法包括：

步骤201、将入射光以指定角度射向待测样品。

具体地，上述输出的入射光可以是脉冲纳秒、皮秒或者飞秒的激光，本发明实施例对此不做限定。且入射光可以是红外光波段、可见光波段或紫外光波段的激光。通过这种设置，使本发明方法可以测试不同波段待测试样的二阶非线性光学性能，扩大了本发明的适用范围。

其中，指定角度为入射光射向待测样品的入射角。

步骤202、经过所述待测样品反射，得到反射光。

其中，入射光射向待测样品后产生反射光，反射光的反射角与入射角相同；优选的入射角为45°，则反射角同样为45°，入射光与反射光垂直。

进一步的，入射光以指定角度射向待测样品之前，本实施例方法还包括：

去除掉入射光以外的光波。

本发明通过对入射光进行分离，去除掉入射光以外的光波，使入射光射向待测样品，避免了因为其他光波的影响带来的测量误差，使测量结果更准确。

步骤203、对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中反射光为入射光的倍频光。

具体的，步骤203为：接收待测样品的反射光，获取反射光的信号强度；

将反射光的信号强度转化为电信号，再将该电信号转化为数字信号。然后与服务器通信，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息。

进一步的，对待测样品的反射光的信号强度进行检测之前，本实施例方法还包括：

去除掉待测样品的反射光以外的光波。

本发明通过对待测样品的反射光进行分离，去除掉待测样品的反射光以外的光波，避免了因为其他光波的影响带来的测量误差，进一步提高了测量的准确性。

本发明提供的表面二阶非线性光学测试方法，首先将入射光以指定角度射向待测样品，经过待测样品反射，得到反射光，最后对反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中反射光为入射光的倍频光。本发明光学测试方法通过测试激光以指定角度射向待测样品后是否产生倍频激光，以及产生的倍频激光的强度大小来判断待测样品是否具有倍频效应以及倍频能力的强弱。本发明适用于测试对激光有较强吸收的待测样品，由于本发明激光以指定角度入射待测样品，入射激光仅在待测样品的表面产生反射，避免了待测样品对激光的吸收，测量结果更加可靠，测量效率高，方便快捷。

以上所述，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种表面二阶非线性光学测试装置，其特征在于，所述光学测试装置包括：

激光单元，用于以指定角度向待测样品发射入射光；

检测单元，用于接收所述入射光射向待测样品后产生的反射光，所述反射光为入射光的倍频光，并对所述反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息。

2.根据权利要求1所述的表面二阶非线性光学测试装置，其特征在于，所述光学测试装置还包括：

第一分光棱镜，设置在所述激光单元和所述待测样品之间的光路上，所述第一分光棱镜镀有所述入射光波长的增透膜。

3.根据权利要求1所述的表面二阶非线性光学测试装置，其特征在于，所述光学测试装置还包括：

第二分光棱镜，设置在所述待测样品和所述检测单元之间的光路上，所述第二分光棱镜镀有所述反射光波长的增透膜。

4.根据权利要求3所述的表面二阶非线性光学测试装置，其特征在于，所述第二分光棱镜还镀有所述入射光波长的增透膜。

5.根据权利要求1所述的表面二阶非线性光学测试装置，其特征在于，所述检测单元包括光电探测器和数据采集器；

所述光电探测器接收所述入射光射向待测样品后产生的反射光，获取反射光的信号强度，并将其转化为电信号后传输给所述数据采集器；

所述数据采集器接收该电信号，并将其转化为数字信号。

6.根据权利要求1所述的表面二阶非线性光学测试装置，其特征在于，所述激光单元为纳秒、皮秒或者飞秒的激光器，所述激光器出射红外光波段、可见光波段或者紫外光波段的激光。

7.一种表面二阶非线性光学测试方法，其特征在于，所述方法包括：

将入射光以指定角度射向待测样品；

经过所述待测样品反射，得到反射光；

对所述反射光的信号强度进行检测，得到待测样品表面的二阶非线性光学信息，其中所述反射光为入射光的倍频光。

8.根据权利要求7所述的表面二阶非线性光学测试方法，其特征在于，所述入射光以指定角度射向待测样品之前，所述方法还包括：

去除掉所述入射光以外的光波。

9.根据权利要求7所述的表面二阶非线性光学测试方法，其特征在于，对待测样品的反射光的信号强度进行检测之前，所述方法还包括：

去除掉所述待测样品的反射光以外的光波。

10.根据权利要求7所述的表面二阶非线性光学测试方法，其特征在于，对所述反射光的信号强度进行检测的具体方法为：

接收所述待测样品的反射光，获取反射光的信号强度；

将反射光的信号强度转化为电信号，再将该电信号转化为数字信号。

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