太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置及方法，激光被分束片分成泵浦和探测两路光，探测光被可调节光程的反射镜组反射后，经用于调节入射激光光束强度的金属衰减片衰减，被反射镜反射至高阻硅片上；分束片出来的泵浦光被反射进入太赫兹产生装置产生太赫兹准直光，再经太赫兹偏振片被抛物面镜聚焦在焦点位置的样品架，另一抛物面镜将太赫兹转为平行光反射至高阻硅片上；两路光在高阻硅片处重合再被抛物面镜聚焦到探测晶体上，经发散后经过凸透镜聚焦再经1/4波片到沃拉斯通棱镜分别聚焦至两个光电探头处。只需将测试样品放在光路中的样品架或探测晶体位置，即可实现对样品在太赫兹波段的非线性极化系数和太赫兹波段的吸收系数的测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非线性晶体特性测试技术，特别涉及一种非线性晶体在太赫兹波 段测试其非线性极化系数和吸收系数的装置及方法。
技术介绍
非线性晶体一般具有较好的光学透过率，有较高的有效非线性电极化系数，其折 射率随外界工作条件的变化而改变。非线性晶体材料广泛应用于激光器等光学系统中，是 不可或缺的光学材料，并且很大程度上限制着激光器等现代光学技术的发展与应用，因此 样品的非线性极化系数的测试有着十分重要的研究意义。 目前，虽然非线性晶体的应用十分广泛，但是测试样品的非线性极化系数的方法 却少之又少，一般通过Maker条纹法进行测定。Maker条纹法以及配套计算软件适用于中 高级晶体以及低对称性晶体的非线性极化系数的测定，该方法的实验平台包括激光器、转 台、门控积分仪以及探测器等诸多仪器，且对这些仪器的同步性要求强，人工操作很难实现 这种同步；Maker条纹法所采集的光电信号属于微弱信号，抗干扰能力差，需要大量采集数 据，一次实验通常要采集上千组数据；Maker条纹法通常采用比较法进行测量，实验结果的 重复性要求高，测试效率无法保证。尤其在太赫兹波段，要一体化测试样品的吸收系数以及 非线性极化系数还没有相关的设备和方法。
技术实现思路
本专利技术是针对目前测试非线性晶体的非线性极化系数的方法比较复杂，测试效率 低的问题，提出了一种，只需将 测试样品放在光路中的不同位置，即可实现对样品在太赫兹波段的非线性极化系数和太赫 兹波段的吸收系数的测试。 本专利技术的技术方案为：一种太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置， 由激光光源，分束片，第一反射镜，第二反射镜，第三反射镜，电机，第四反射镜，金属衰减 片，第五反射镜，第六反射镜，太赫兹产生装置，太赫兹偏振片，第一抛物面镜，样品架，第二 抛物面镜，高阻硅片，第三抛物面镜，探测晶体，凸透镜，1/4波片，沃拉斯通棱镜，第一光电 探头，第二光电探头构成，激光光源发出的激光被分束片分成泵浦和探测两路光，探测光被 第一反射镜反射进入由第二反射镜、第三反射镜以及电机组成的延迟系统，再被第四反射 镜反射经用于调节入射激光光束强度的金属衰减片衰减，被第五反射镜反射至高阻硅片 上；分束片出来的泵浦光被第六反射镜反射经过太赫兹产生装置产生太赫兹，太赫兹产生 装置出来的准直光，再经太赫兹偏振片被第一抛物面镜聚焦，在第一抛物面镜的焦点位置 处放置测试吸收系数的样品架，第二抛物面镜将太赫兹转为平行光反射至高阻硅片上；两 路光在高阻硅片处重合，且两路光的光程通过调节延迟系统达到一致；第三抛物面镜将两 束光聚焦到探测晶体上，经探测晶体出来的两束光发散，两束光经过凸透镜聚焦再经1/4 波片到沃拉斯通棱镜分别聚焦至第一光电探头和第二光电探头处，两个光电探头接收测试 信号。 所述金属衰减片可用1/4波片加上偏振分束片替代。 所述高阻硅片用于透射太赫兹波,可用反射太赫兹波的ITO薄膜替代。 所述装置测试太赫兹波段吸收系数的方法，具体包括如下步骤： 1) 选用已知的ZnTe或GaAs晶体作为探测晶体，放置在第三抛物面镜的焦点位置，打开 装置开始测试，测试得到的时域太赫兹信号作为参考信号； 2) 将待测样品放置在样品架上，探测晶体不动，再次进行测试，测试得到的时域太赫兹 信号作为样品信号； 3) 将参考信号和样品信号的时域太赫兹信号进行傅里叶变换，通过对比参考和样品的 太赫兹频域信号，结合测量样品厚度，可计算得出样品在太赫兹波段的吸收系数。 所述装置测试太赫兹波段非线性极化系数的方法，具体包括如下步骤： 1) 移开样品架，将待测晶体放置在第三抛物面镜的焦点位置，打开装置开始测试，测出 此时经过待测晶体的太赫兹波段信号和两个光电探头的电压或电流差值； 2) 测得没有太赫兹信号通过待测晶体时单个光电探头的电压或电流值； 3) 将步骤1)和2)测出的太赫兹波段信号和光电探头信号，通过折射率公式可计算得 出测试样品在太赫兹波段的非线性极化系数。 本专利技术的有益效果在于：本专利技术太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装 置及方法，构成简单，容易操作。在实际操作过程中，只需要依据实际实验情况调整样品摆 放位置，就可实现测试样品在太赫兹波段的非线性极化系数和吸收系数的实验装置的快速 转换，从而实现测试样品在太赫兹波段的非线性极化系数和吸收系数的目的。 【附图说明】 图1为本专利技术太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置结构示意图； 图2为本专利技术测试样品在太赫兹波段的非线性极化系数的装置结构示意图； 图3为本专利技术装置另一实施例结构示意图。 【具体实施方式】 如图1所示太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置结构示意图，由激 光光源1，分束片2,第一反射镜3,第二反射镜4,第三反射镜5,步进电机6,第四反射镜7， 金属衰减片8,第五反射镜9,第六反射镜10,太赫兹产生装置11，太赫兹偏振片12,第一抛 物面镜13,样品架14,第二抛物面镜15,高阻硅片16,第三抛物面镜17,探测晶体18,凸透 镜19,1/4波片20,沃拉斯通棱镜21，第一光电探头22,第二光电探头23构成。测试待测样 品在太赫兹波段的吸收系数时，将待测样品放在样品架14处，而测试待测样品在太赫兹波 段的非线性极化系数时将样品放在位置18处，此时不需要放置样品架14。激光光源1发 出的激光被分束片2分成泵浦和探测两路光，探测光被反射镜3反射进入第二反射镜4与 第三反射镜5以及步进电机6组成的延迟系统，再被第四反射镜7反射经金属衰减片8衰 减被第五反射镜9反射至高阻硅片16上；而泵浦光被第六反射镜10反射经过太赫兹产生 装置11产生太赫兹，经太赫兹产生装置11出来的光是准直光，再经太赫兹偏振片12被第 一抛物面镜13聚焦。如果测试样品在太赫兹波段的吸收系数，需将样品架14放在第一抛 物面镜13的焦点位置处，待测样品放置在样品架14上，太赫兹经过待测样品后，第二抛物 面镜15将太赫兹转为平行光反射至高阻硅片16上；这两路光在高阻硅片16处重合，且要 求光程通过调节延迟系统达到一致；第三抛物面镜17将两束光聚焦到探测晶体18 (这探 测晶体用于测吸收系数时是已知的标配晶体，如ZnTe或GaAs，在测非线性极化系数时更换 为待测样品)上，经18出来的两束光是发散的，两束光经过凸透镜19聚焦再经1/4波片20 到沃拉斯通棱镜21分别聚焦至第一光电探头22和第二光电探头23处，两个光电探头接收 测试信号。金属衰减片8用于调节入射激光光束强度，也可由1/4波片加上偏振分束片替 代；太赫兹产生装置11可根据不同的太赫兹产生原理采用不同的装置，如四波混频原理产 生太赫兹方式需要用到透镜和BBO晶体，金属表面等离子体产生太赫兹需要用到各类金属 薄片，或者光整流原理产生太赫兹需要用到太赫兹产生晶体。所述电机6选用一维步进/ 直流电机均可。 如图1所示在测试样品的吸收系数时（18处放标配的探测晶体ZnTe或GaAs)，首 先测试样品架14没有放上样品时的时域太赫兹信号作为参考信号，再将待测材料放在样 品架14的位置，测出此时的时域太赫兹信号作为样品信号，将参考信号和样品信号的时域 太赫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置，其特征在于，由激光光源，分束片，第一反射镜，第二反射镜，第三反射镜，电机，第四反射镜，金属衰减片，第五反射镜，第六反射镜，太赫兹产生装置，太赫兹偏振片，第一抛物面镜，样品架，第二抛物面镜，高阻硅片，第三抛物面镜，探测晶体，凸透镜，1/4波片，沃拉斯通棱镜，第一光电探头，第二光电探头构成，激光光源发出的激光被分束片分成泵浦和探测两路光，探测光被第一反射镜反射进入由第二反射镜、第三反射镜以及电机组成的延迟系统，再被第四反射镜反射经用于调节入射激光光束强度的金属衰减片衰减，被第五反射镜反射至高阻硅片上；分束片出来的泵浦光被第六反射镜反射经过太赫兹产生装置产生太赫兹，太赫兹产生装置出来的准直光，再经太赫兹偏振片被第一抛物面镜聚焦，在第一抛物面镜的焦点位置处放置测试吸收系数的样品架，第二抛物面镜将太赫兹转为平行光反射至高阻硅片上；两路光在高阻硅片处重合，且两路光的光程通过调节延迟系统达到一致；第三抛物面镜将两束光聚焦到探测晶体上，经探测晶体出来的两束光发散，两束光经过凸透镜聚焦再经1/4波片到沃拉斯通棱镜分别聚焦至第一光电探头和第二光电探头处，两个光电探头接收测试信号。...

【技术特征摘要】
1. 一种太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置，其特征在于，由激光光源， 分束片，第一反射镜，第二反射镜，第三反射镜，电机，第四反射镜，金属衰减片，第五反射 镜，第六反射镜，太赫兹产生装置，太赫兹偏振片，第一抛物面镜，样品架，第二抛物面镜，高 阻硅片，第三抛物面镜，探测晶体，凸透镜，1/4波片，沃拉斯通棱镜，第一光电探头，第二光 电探头构成，激光光源发出的激光被分束片分成泵浦和探测两路光，探测光被第一反射镜 反射进入由第二反射镜、第三反射镜以及电机组成的延迟系统，再被第四反射镜反射经用 于调节入射激光光束强度的金属衰减片衰减，被第五反射镜反射至高阻硅片上；分束片出 来的泵浦光被第六反射镜反射经过太赫兹产生装置产生太赫兹，太赫兹产生装置出来的准 直光，再经太赫兹偏振片被第一抛物面镜聚焦，在第一抛物面镜的焦点位置处放置测试吸 收系数的样品架，第二抛物面镜将太赫兹转为平行光反射至高阻硅片上；两路光在高阻硅 片处重合，且两路光的光程通过调节延迟系统达到一致；第三抛物面镜将两束光聚焦到探 测晶体上，经探测晶体出来的两束光发散，两束光经过凸透镜聚焦再经1/4波片到沃拉斯 通棱镜分别聚焦至第一光电探头和第二光电探头处，两个光电探头接收测试信号。2. 根据权利要求1所述太赫兹波段测试非线性极化系数和吸收系数的装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭滟，朱亦鸣，陈向前，霄炜，罗坤，周云燕，钟宇，郑书琪，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31