【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非线性光学，涉及一种透射式二次谐波特性测试装置及测试方法。
技术介绍
1、1961年石英晶体中发现的二次谐波现象开启了光学领域的又一大分支：非线性光学。非线性光学主要研究光与物质间的非线性相互作用，在光电
应用极为广泛。二次谐波(second harmonic generation,shg)是非线性光学的一个重要组成部分，其过程可以表示为频率为ω的两个光子与介质发生相互作用，产生一个频率为2ω的光子。二次谐波在非线性光学倍频、光学调制、探测及显微成像等领域有着很大的应用潜力。例如，实验室和工业上常用的绿光和蓝紫光激光器，往往是通过对nd:yag等激光晶体产生的近红外光进行倍频而获得；而实现波长连续可调的激光输出，则需要结合和频、差频、级联二次谐波等多种非线性光学效应。对于光学探测和成像，其空间分辨率直接取决于所用光源的波长，通过这些非线性光学效应，人们可将长波长的光源转换成波长较短的探测光，以提高探测和成像的分辨率。二次谐波作为最基本的非线性光学效应之一，在实际生产生活己经起到了重要的作用，也是光学领域研究的重点内容。
2、二维材料是目前非线性光学材料的研究热点。由于晶体结构具有空间非对称性，即使单层的二维材料也能产生较强的二次谐波效应，包括二硫化钼、二碲化钼、二硒化钨等。研究者们可以通过调整材料的厚度以及材料受到的应力可对二次谐波信号强度进行调节。并且，纳米级别的材料厚度可以有效控制器件的大小，本征薄膜表面光滑且没有悬挂键，能依附于多种衬底上。上述性质，使得二维材料可应用于小型化的非线性光学集成
3、材料的二次谐波特性测试可以判断其非线性光学性能，但是由于二维材料表面积较小(纳米或者微米量级)，对入射激光光束聚焦的要求较为严格。现有的商用测试装置都是通过反射式的激光共聚焦显微系统实现，利用激光激发待测材料，通过探测器对反射样品产生的二次谐波信号进行检测，分析样品的二次谐波特性。这种装置更适合于表面性质的研究，结构复杂、价格昂贵、测试信号弱。二维材料薄且透明，针对二维材料在非线性光学领域的应用，更希望得到材料整体或内部区域的性质，且能提高测试效率。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、本专利技术的目的是：针对上述现有测试装置存在的不足之处，提供一种结构简单、易搭建、操作简单、能够对二维材料整体的二次谐波特性进行测试的透射式的二次谐波特性测试装置及测试方法。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种透射式二次谐波特性测试装置，其包括沿光路方向依次布置的光源模块1、光路调节模块2、透射式样品室3和检测模块4，以及连接检测模块4的数据处理装置5；光源模块1产生泵浦激光；光路调节模块2对光源模块1所产生的泵浦激光进行功率和偏振状态调整控制；透射式样品室3内固定待测样品14，泵浦激光聚焦到待测样品14上并产生二次谐波信号；检测模块4提取并接收二次谐波信号，并对二次谐波信号强度进行检测；数据处理装置5处理接收的二次谐波信号强度，记录二次谐波信号的强度随时间的变化，进行平均处理，最后显示测试数据和结果。
5、其中，所述光源模块1包括激光器6和布置在激光器6出光侧的光隔离器7；所述激光器6用于产生泵浦激光；所述光隔离器7放置在激光器6右端，用于防止激光的反射光或散射光进入激光器6。
6、其中，所述光路调节模块2包括光阑8和偏振控制单元9；所述光阑8放置在光隔离器7和偏振控制单元9之间，用于限定泵浦激光光束的直径，排除杂散光；所述偏振控制单元9包括两个半波片10和位于两个半波片10之间的偏振光分束器11，用于控制泵浦激光的功率和偏振状态。
7、其中，所述透射式样品室3包括带样品夹具的样品台12和透镜组13；透镜组13包括一对透镜，带样品夹具的样品台12放置在透镜组13的一对透镜之间，待测样品14布置在带样品夹具的样品台12上，透镜组13用于将泵浦激光聚焦到待测样品14上，并收集产生的二次谐波信号。
8、其中，所述带样品夹具的样品台12具有平移和旋转功能，用于调节待测样品14的位置和角度。
9、其中，所述待测样品14先放置在透明基底材料上，再连同透明基底材料一起放置在带样品夹具的样品台12上。
10、其中，所述检测模块4包括分束器15、位于分束器15反光侧的ccd光学相机16、位于分束器15透光侧的滤波器17和光学测试仪器18，用于对待测样品14产生的二次谐波信号进行测试。
11、其中，所述分束器15放置在透镜组13之后，用于将泵浦激光与二次谐波信号分离；所述ccd光学相机16放置在由分束器15分离之后的泵浦激光光路中，用于放大观察所述待测样品14表面，保证入射泵浦激光照射在待测样品14表面；所述滤波器17布置在由分束器15分离之后的二次谐波信号光路中，用于滤除噪声，提取二次谐波信号；所述光学测试仪器18放置在滤波器17右端，用于接收所述二次谐波信号，并对所述二次谐波信号强度进行检测。
12、其中，所述数据处理装置5包括计算机系统19和显示器20，计算机系统19运行数据分析软件，处理接收的二次谐波信号强度，记录二次谐波信号的强度随时间的变化，进行平均处理；显示器20显示测试数据和结果。
13、本专利技术还提供一种透射式二次谐波特性测试方法，其包括以下步骤：
14、步骤1、样品准备
15、用无水乙醇和丙酮溶液清洁制备好的待测样品14表面，将待测样品14先放置在透明基底材料上，再连同透明基底材料一起固定在带样品夹具的样品台12上，调整待测样品14的位置，使待测样品14表面垂直于泵浦激光光束传播方向；
16、步骤2、光源设置
17、选用激光器6作为泵浦激光源，打开激光器6电源并调节至设定功率；
18、步骤3、光路调节
19、使用分束器15将泵浦激光和二次谐波信号光分离，利用ccd光学相机16观察待测样品14表面，调整待测样品14的位置，确保入射激光垂直入射待测样品14表面；使用透镜组13将泵浦激光聚焦至待测样品14上，调整透镜组13位置以获得最佳聚焦效果；
20、步骤4、信号处理与数据采集分析
21、将产生的二次谐波信号使用滤波器17进行滤波处理，去除噪声和干扰；滤波处理后的二次谐波信号由光学测试仪器18接收，光学测试仪器18的光谱响应范围覆盖二次谐波信号的波长；光学测试仪器18将二次谐波信号传输至计算机系统19，运行数据分析软件，记录二次谐波信号的强度随时间的变化，进行平均处理；
22、步骤5、偏振测试与结果输出
23、调节泵浦激光功率，分析二次谐波信号强度与泵浦激光功率的关系，确定二次谐波产生的效率；改变泵浦激光偏振状态，采集待测样品在不同激光偏振状态下的二次谐波信号，分析待测样品的二次谐波特性与泵浦激光偏振状态，并输出测试结果；将测试结果以图表的形式呈现。
24、(三)有益效果
25本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，包括沿光路方向依次布置的光源模块(1)、光路调节模块(2)、透射式样品室(3)和检测模块(4)，以及连接检测模块(4)的数据处理装置(5)；光源模块(1)产生泵浦激光；光路调节模块(2)对光源模块(1)所产生的泵浦激光进行功率和偏振状态调整控制；透射式样品室(3)内固定待测样品(14)，泵浦激光聚焦到待测样品(14)上并产生二次谐波信号；检测模块(4)提取并接收二次谐波信号，并对二次谐波信号强度进行检测；数据处理装置(5)处理接收的二次谐波信号强度，记录二次谐波信号的强度随时间的变化，进行平均处理，最后显示测试数据和结果。
2.如权利要求1所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述光源模块(1)包括激光器(6)和布置在激光器(6)出光侧的光隔离器(7)；所述激光器(6)用于产生泵浦激光；所述光隔离器(7)放置在激光器(6)右端，用于防止激光的反射光或散射光进入激光器(6)。
3.如权利要求2所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述光路调节模块(2)包括光阑(8)和偏振控制单元(9)；所述光阑
4.如权利要求3所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述透射式样品室(3)包括带样品夹具的样品台(12)和透镜组(13)；透镜组(13)包括一对透镜，带样品夹具的样品台(12)放置在透镜组(13)的一对透镜之间，待测样品(14)布置在带样品夹具的样品台(12)上，透镜组(13)用于将泵浦激光聚焦到待测样品(14)上，并收集产生的二次谐波信号。
5.如权利要求4所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述带样品夹具的样品台(12)具有平移和旋转功能，用于调节待测样品(14)的位置和角度。
6.如权利要求4所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述待测样品(14)先放置在透明基底材料上，再连同透明基底材料一起放置在带样品夹具的样品台(12)上。
7.如权利要求4所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述检测模块(4)包括分束器(15)、位于分束器(15)反光侧的CCD光学相机(16)、位于分束器(15)透光侧的滤波器(17)和光学测试仪器(18)，用于对待测样品(14)产生的二次谐波信号进行测试。
8.如权利要求7所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述分束器(15)放置在透镜组(13)之后，用于将泵浦激光与二次谐波信号分离；所述CCD光学相机(16)放置在由分束器(15)分离之后的泵浦激光光路中，用于放大观察所述待测样品(14)表面，保证入射泵浦激光照射在待测样品(14)表面；所述滤波器(17)布置在由分束器(15)分离之后的二次谐波信号光路中，用于滤除噪声，提取二次谐波信号；所述光学测试仪器(18)放置在滤波器(17)右端，用于接收所述二次谐波信号，并对所述二次谐波信号强度进行检测。
9.如权利要求8所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述数据处理装置(5)包括计算机系统(19)和显示器(20)，计算机系统(19)运行数据分析软件，处理接收的二次谐波信号强度，记录二次谐波信号的强度随时间的变化，进行平均处理；显示器(20)显示测试数据和结果。
10.一种基于权利要求9所述测试装置的透射式二次谐波特性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，包括沿光路方向依次布置的光源模块(1)、光路调节模块(2)、透射式样品室(3)和检测模块(4)，以及连接检测模块(4)的数据处理装置(5)；光源模块(1)产生泵浦激光；光路调节模块(2)对光源模块(1)所产生的泵浦激光进行功率和偏振状态调整控制；透射式样品室(3)内固定待测样品(14)，泵浦激光聚焦到待测样品(14)上并产生二次谐波信号；检测模块(4)提取并接收二次谐波信号，并对二次谐波信号强度进行检测；数据处理装置(5)处理接收的二次谐波信号强度，记录二次谐波信号的强度随时间的变化，进行平均处理，最后显示测试数据和结果。
2.如权利要求1所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述光源模块(1)包括激光器(6)和布置在激光器(6)出光侧的光隔离器(7)；所述激光器(6)用于产生泵浦激光；所述光隔离器(7)放置在激光器(6)右端，用于防止激光的反射光或散射光进入激光器(6)。
3.如权利要求2所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述光路调节模块(2)包括光阑(8)和偏振控制单元(9)；所述光阑(8)放置在光隔离器(7)和偏振控制单元(9)之间，用于限定泵浦激光光束的直径，排除杂散光；所述偏振控制单元(9)包括两个半波片(10)和位于两个半波片(10)之间的偏振光分束器(11)，用于控制泵浦激光的功率和偏振状态。
4.如权利要求3所述的透射式二次谐波特性测试装置，其特征在于，所述透射式样品室(3)包括带样品夹具的样品台(12)和透镜组(13)；透镜组(13)包括一对透镜，带样品夹具的样品台(12)放置在透镜组(13)的一对透镜之间，待测样品(14)布置在带样品夹具的样品台(12)上，透镜组(13)用于将泵浦激光聚焦到待测样品(14)上，并...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋若梅，张子昌，程碑彤，陈庆敏，陈生琼，黄帅，邱静，李通，徐强，谢修敏，胡卫英，张伟，宋海智，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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