专利名称：光学非线性测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量仪器，特别是一种光学非线性测量仪，可同 时测量样品的非线性折射率和非线性吸收系数及光斑信息和光学限制效应 等方面，专供大专院校教学和科研所用。
背景技术：
人们熟知，光和物质相互作用会产生光的吸收、反射、散射和发光等 现象，其效应一般和光的强度无关，只和入射光的波长有关。但当高强度 的激光问世以后，光与物质的相互作用出现了过去人们无法看到的许多光 学现象，如吸收系数、折射率及传输光频率都与作用光的强度相关，这种 与作用光强度相关的现象是光学非线性效应。光学非线性效应又会引起一 系列新的光学现象产生，如饱和吸收、反饱和吸收、双光子吸收、光学自 聚焦、光学限制、光学共轭等现象。具有上述性质的物质就是非线性光学 材料，它在光学通信、光子计算机和动态成象等高新技术中都有广泛应用。
虽然光学非线性是物质的基本物理特性，但要精确地测量，如测量光 致三阶非线性折射率，并非容易， 一般要用四波混频的实验装置进行测量， 不仅光路复杂实验麻烦，并且不能同时测量多种参数。
光学非线性测量仪在信息技术高速发展的时代，用光子作为载体的研 究日益受到重视，以非线性效应为特征的光电材料的研究和开发迫在眉睫。 发明内容
为了克服上述产品的不足，本实用新型提供一种光学非线性测量仪， 可同时测量样品的非线性折射率和非线性吸收系数及光斑信息和光学限制 效应等，由于测量灵敏度高，有利于适应高等院校教学和科研的需求。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种光学非线性测 量仪，该测量仪包括有激光器、光学系统、Z扫描系统、探测器系 统及数据处理系统；其中所述激光器l发出的光束经光学系统的光 栏2准直，之后入射到光学系统的分束镜3，将入射光分为透射光和反射
光两束光所述透射光经过聚焦透镜4入射到透镜5，经透镜5的光变成 平行光入射到透镜6，经透镜6的汇聚进入引起光学非线性现象的样品7。 从样品7透过的携带光学非线性信息的光入射到分束镜8，该光路又
被分束镜8分为透射光和反射光两束光其中透射光依次经过可调光栏9、
透镜10及衰减片11入射到接收器12。
经分束镜8反射的携带光学非线性信息的光又入射到分束镜16，分束 镜16又将该光路分为透射光和反射光两束光其中反射光经透镜17汇聚 到衰减片18并衰减入射到探测器19，被分束镜16所分的透射光经衰减片 20入射到探测器21上。
本实用新型的效果是该仪器主要采用激光Z扫描技术，同时考虑饱和 光谱测量方法，光限制测量方法及其光模式传输测量等技术，综合考虑设 计而成，其光路简单，只采用单光束，本仪器采用多种光信号测量探测器， 如光电倍增管、硅光电池、CCD等，可用脉冲激光、连续激光等作为光源， 光电信号既可用仪器本身电箱测量，还可以外接积分器和锁相放大器等， 实现计算机的Windows多档画面自动控制和测试，并配有多种附件，适用 于液体、固体样品的测量。完全适合各高等院校教学和科研的需求。
图1为本实用新型的光学非线性测量仪的结构示意图； 图2为本实用新型的光学非线性测量仪的Z扫描系统示意图； 图3为本实用新型的光学非线性测量仪的接收器系统示意图。 图1中1、激光器 2， 9、光栏
4， 5， 6， 10， 14， 17、透镜
11， 18， 20、衰减片 15、反光镜
12， 13， 19， 21、接收器
图2中
3， 8， 16、分束镜 7、样品
23、样品架组件 26、电机 29、皮带轮
32、锁相接收器 35、锁相放大器
24、导轨 27、检零支架 30、动轮
33、闭孔接收器 36、 DSP控制系统
22、样品 25、动轮 28、检零板 图3中
31、 CCD接收器 34、开孔接收器 37、计算机具体实施方式
结合附图对本实用新型的光学非线性测量仪结构加以说明。
本实用新型的光学非线性测量仪包括有激光器、光学系统、Z扫描系统、 探测器系统及数据处理系统。
所述激光器1是作为连续光源使用的He-Ne激光器或脉冲激光器或脉 冲激光器或连续激光器之一种。
采用的光学系统包括有
a) 前端光路由图1中的光栏2、分束镜3、透镜4、透镜5、透镜 6、透镜14、样品7及平面反射镜聚组成；
b) 后端光路由图1中的分束镜8、分束镜16、转盘式可调光栏9、 透镜IO、透镜17及衰减片11、衰减片17、衰减片20组成。
采用的Z扫描系统，该系统由样品架组件23、导轨24、动轮25、 电机26 、检零支架27、检零板28、皮带轮29及动轮30组成。如图l所示，本实用新型的光学非线性测量仪结构是这样实现的
以使用He-Ne激光器为连续光源的激光器1发出的光束，经光栏2准 直后入射到分朿镜3分为透射光和反射光两束光透射光经过聚焦透镜4 入射到透镜5，经透镜5的光变成平行光入射到透镜6，经透镜6的汇 聚进入样品7，这时引起样品7的光学非线性现象。携带光学非线性信息的 光入射到分束镜8，又被分束镜8分为透射光和反射光两束光其中透射光 经过转盘式可调光栏9和透镜10又经过衰减片11入射到接收器12即高灵 敏度的光电倍增管，经分束镜8反射的携带光学非线性信息的光又入射到 分束镜16，分束镜16又将此光分为透射光和反射光两束光其中反射光经 透镜17的汇聚即衰减片18的衰减入射到探测器19即硅光电池探测器，被 分束镜19透过的光经衰减片20入射到探测器21即CCD探测器上。
通过该仪器底部传动机构带动样品架上的样品7做往返运动，来实现Z 扫描，扫描范围-50腿 +50腿。如图2所示，在驱动电路的驱动下，电机 26在计算机指令下转动，从而带动动轮26、 30转动及皮带29的位移，皮 带轮29带动样品架23沿导轨移动，这时通过样品的光就对样品进行了扫 描，样品架23沿导轨24的运动方向定为Z方向，所以称为Z扫描。检零 板28的作用是检测样品架的起始位置。在运动过程中，非线性光学性质将 引起光束的汇聚或发散，从而引起透过闭孔接收器前小孔辐射量的变化。 从前端光路进入的光束，透过样品后穿过样品室进入后端光路。
如图3所示，在采取脉冲激光器时，接收器31作锁相放大器触发信号， 闭孔接收器33和开孔接收器34接收信号经过锁相放大器35积分，放大成 直流电平信号，到DSP控制系统36，经数据处理，送入计算机37，实现图 谱显示和计算被测物质的相关非线性参数，如非线性折射率和非线性吸收 系数。
在采取连续激光器时，则不用锁相放大器35;这时，只要闭孔接收器33和开孔接收器34直接与DSP控制系统36相接，闭孔接收器33与开孔接 收器接34收到的样品非线性的光学信息，直接送到DSP控制系统36，经数 据处理，送入计算机37，实现图谱显示和计算被测物质的相关非线性参数， 如非线性折射率和非线性吸收系数。
CCD成像系统，可直接观察样品物质在激光通过时，在做Z扫描的过程 中，样品透过率的变化，如不是非线性光学材料，则透过率是不变的。
该仪器的数据处理系统，即试验光路经过光路变换后用探测器接收， 接收到的电信号通过放大器放大后进入A/D转换成所需的数字信号进入计 算机处理�？榻薪徊椒治龃�。
权利要求1、一种光学非线性测量仪，该测量仪包括有激光器、光学系统、Z扫描系统、探测器系统及数据处理系统；其特征是所述激光器(1)发出的光束经光学系统的光栏(2)准直，之后入射到光学系统的分束镜(3)，将入射光分为透射光和反射光两束光所述透射光经过聚焦透镜(4)入射到透镜(5)，经透镜(5)的光变成平行光入射到透镜(6)，经透镜(6)的汇聚进入引起光学非线性现象的样品(7)；从样品(7)透过的携带光学非线性信息的光入射到分束镜(8)，该光路又被分束镜(8)分为透射光和反射光两束光其中透射光依次经过可调光栏(9)、透镜(10)及衰减片(11)入射到接收器(12)；经分束镜(8)反射的携带光学非线性信息的光又入射到分束镜(16)，分束镜(16)又将该光路分为透射光和反射光两束光其中反射光经透镜(17)汇聚到衰减片(18)并衰减入射到探测器(19)，被分束镜(16)所分的透射光经衰减片(20)入射到探测器(21)上。
2、 根据权利要求1所述的光学非线性测量仪，其特征是所 述接收器(12)为高灵敏度的光电倍增管。
3、 根据权利要求1所述的光学非线性测量仪，其特征是所述可调光栏(9)为转盘式光栏。
4、 根据权利要求1所述的光学非线性测量仪，其特征是所述探测器(19)为硅光电池探测器。
5、 根据权利要求1所述的光学非线性测量仪，其特征是所述探测器(21)为CCD探测器。
6、 根据权利要求1所述的光学非线性测量仪，其特征是所 述激光器(1)是作为连续光源使用的He-Ne激光器或脉冲激光器或 连续激光器之一种。
专利摘要本实用新型提供一种光学非线性测量仪，该测量仪包括有激光器、光学系统、Z扫描系统、探测器系统及数据处理系统；激光器发出的光束经光学系统的光栏准直，之后入射到光学系统的分束镜，将入射光分为透射光和反射光两束光透射光经过聚焦透镜入射到透镜，经透镜的光变成平行光入射到透镜，经透镜的汇聚进入引起光学非线性现象的样品。从样品透过的非线性信息的光几经分束镜分光，其中反射光经透镜汇聚到衰减片并衰减入射到探测器，被分束镜所分的透射光经衰减片入射到探测器上。有益效果是该仪器光路简单，只采用单光束，光电信号既可用仪器本身电箱测量，还可外接积分器和锁相放大器等，实现计算机自动控制和测试，适用于液体、固体样品的测量及高等院校教学和科研所需。
文档编号G01N21/17GK201307088SQ20082014430
公开日2009年9月9日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者包勒德, 李小明, 杜振贡, 马学勇 申请人:天津港东科技发展股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
