專(zhuān)利名稱(chēng)：一種確定晶體色散方程的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定晶體色散方程的裝置和方法，屬于非線(xiàn)性晶體應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自1960年激光器發(fā)明以來(lái)，利用非線(xiàn)性光學(xué)晶體對(duì)激光輸出進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換已經(jīng)成為一種得到不同激光頻率輸出的重要技術(shù)，且廣泛用于解決各種科學(xué)和工程問(wèn)題?，F(xiàn)在常用的非線(xiàn)性晶體主要有ZnGeP2，AgGaS2，GaSe,AgGaSe2,CdTe等。而很多種晶體如ZnGeP2、GaSe等的色散方程由于測(cè)量手段和測(cè)量方法及晶體生長(zhǎng)過(guò)程的不同，文獻(xiàn)報(bào)道有很多種結(jié)果。作為晶體的基本光學(xué)參數(shù)，對(duì)于一塊特定的晶體樣品，知道該樣品的色散方程是對(duì)其進(jìn)行科學(xué)研究的首要條件。
目前測(cè)量晶體色散方程的方法主要有最小背離法和單幅條紋圖法，這兩種方法都需要對(duì)晶體在各個(gè)波長(zhǎng)下的折射率進(jìn)行具體測(cè)量，過(guò)程復(fù)雜而且耗時(shí)。對(duì)于很多不是專(zhuān)業(yè)研究晶體的實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)，也常常需要了解某種特定晶體的色散方程，但由于條件所限，采取上述兩種方法來(lái)確定晶體的色散方程很困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的測(cè)量晶體色散方程的方法過(guò)程復(fù)雜而且耗時(shí)的問(wèn)題，而提供一種確定晶體色散方程的裝置和方法。本發(fā)明提供一種確定晶體色散方程的裝置，該裝置包括激光器、光闌、透鏡A、待測(cè)晶體樣品、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)、濾波片、透鏡B和倍頻信號(hào)探測(cè)器，在激光器和倍頻信號(hào)探測(cè)器構(gòu)成的光軸上，從左到右依次排列激光器、光闌、透鏡A、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)、濾波片、透鏡B和倍頻信號(hào)探測(cè)器，所述的待測(cè)晶體樣品置于角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述的激光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光闌和透鏡A入射到待測(cè)晶體樣品的表面上，調(diào)整角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使待測(cè)晶體樣品的中心置于透鏡A的焦點(diǎn)上，以獲得較強(qiáng)的倍頻信號(hào)，倍頻信號(hào)輸出經(jīng)濾波片濾掉剩余基頻光后經(jīng)透鏡B聚焦在倍頻信號(hào)探測(cè)器上。本發(fā)明還提供一種確定晶體色散方程的方法，該方法包括如下步驟步驟一取待測(cè)晶體樣品薄片置于角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，改變激光器的輸出波長(zhǎng)使其在待測(cè)晶體樣品的透光范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)，當(dāng)倍頻信號(hào)探測(cè)器測(cè)得的倍頻信號(hào)強(qiáng)度最大時(shí)，即得到待測(cè)晶體樣品在此基頻光波長(zhǎng)下的外部相位匹配角；步驟二 改變激光器的輸出波長(zhǎng)，重復(fù)步驟一，即得到待測(cè)晶體樣品在不同基頻光波長(zhǎng)下的外部相位匹配角；步驟三根據(jù)待測(cè)晶體樣品的多組色散方程，計(jì)算不同色散方程下的基頻光波長(zhǎng)和外部相位匹配角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)比，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差別最小的色散方程即為該待測(cè)晶體樣品的色散方程。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供一種確定晶體色散方程的裝置，操作簡(jiǎn)單快捷，對(duì)器材要求低，測(cè)得倍頻信號(hào)強(qiáng)，確定相位匹配角準(zhǔn)確。本發(fā)明通過(guò)確定晶體色散方程的裝置，測(cè)定待測(cè)晶體樣品在不同基頻光波長(zhǎng)下的外部相位匹配角，根據(jù)待測(cè)晶體樣品的多組色散方程，計(jì)算不同色散方程下的基頻光波長(zhǎng)和外部相位匹配角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)比，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差別最小的色散方程即為該待測(cè)晶體樣品的色散方程。采用該方法確定的色散方程可信度高，能較快的確定出最適用的色散方程，且整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單方便，易于操作與實(shí)現(xiàn)，特別適用于受條件所限不能準(zhǔn)確測(cè)量晶體色散方程的實(shí)驗(yàn)室使用。


附圖I為本發(fā)明一種確定晶體色散方程的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，I、激光器，2、光闌，3、透鏡，4、待測(cè)晶體樣品，5、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)，6、濾波片，7、透鏡B，8、倍頻信號(hào)探測(cè)器； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例I外部相位匹配角與基頻光波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種確定晶體色散方程的裝置，如圖I所示，該裝置包括激光器I、光闌2、透鏡A3、待測(cè)晶體樣品4、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5、濾波片6、透鏡B7和倍頻信號(hào)探測(cè)器8，在激光器和倍頻信號(hào)探測(cè)器構(gòu)成的光軸上，從左到右依次排列激光器I、光闌2、透鏡A3、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5、濾波片6、透鏡B7和倍頻信號(hào)探測(cè)器8，所述的待測(cè)晶體樣品4置于角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5上，所述的激光器I發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光闌2和透鏡A3入射到待測(cè)晶體樣品4的表面上，調(diào)整角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5，使待測(cè)晶體樣品4的中心置于透鏡A3的焦點(diǎn)上，以獲得較強(qiáng)的倍頻信號(hào)，倍頻信號(hào)輸出經(jīng)濾波片6濾掉剩余基頻光后經(jīng)透鏡B7聚焦在倍頻信號(hào)探測(cè)器8上。本發(fā)明還提供一種確定晶體色散方程的方法，該方法是通過(guò)一種確定晶體色散方程的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該方法包括如下步驟步驟一將待測(cè)晶體樣品4置于角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5上，改變激光器I的輸出波長(zhǎng)使其在待測(cè)晶體樣品4的透光范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5，當(dāng)倍頻信號(hào)探測(cè)器8測(cè)得的倍頻信號(hào)強(qiáng)度最大時(shí)，即得到待測(cè)晶體樣品4在此基頻光波長(zhǎng)下的外部相位匹配角；步驟二 改變激光器I的輸出波長(zhǎng)，重復(fù)步驟一，即得到待測(cè)晶體樣品4在不同基頻光波長(zhǎng)下的外部相位匹配角；步驟三根據(jù)待測(cè)晶體樣品的多組色散方程，計(jì)算不同色散方程下的基頻光波長(zhǎng)和外部相位匹配角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)比，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差別最小的色散方程即為該待測(cè)晶體樣品的色散方程。所述的激光器I為輸出波長(zhǎng)在待測(cè)晶體透光范圍內(nèi)的激光器，優(yōu)選為CO2激光器。所述的濾波片6的作用是濾去激光器輸出的基頻光，以避免對(duì)后面的探測(cè)器8的信號(hào)產(chǎn)生干擾。所述的倍頻信號(hào)探測(cè)器8為可響應(yīng)相應(yīng)晶體倍頻信號(hào)的探測(cè)器，可以是功率計(jì)、能量計(jì)或光電探測(cè)器。實(shí)施例I取小塊GaSe晶體樣品4，將GaSe晶體樣品4置于角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5上，改變CO2激光器I的輸出波長(zhǎng)為9. 3 μ m，轉(zhuǎn)動(dòng)角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)5，當(dāng)倍頻信號(hào)探測(cè)器8測(cè)得的倍頻信號(hào)強(qiáng)度最大時(shí)，即得到GaSe晶體樣品的外部相位匹配角為33° ;依次改變CO2激光器I的輸出波長(zhǎng)為9. 6 μ m、10. 3 μ m和10. 6 μ m，轉(zhuǎn)動(dòng)角度旋轉(zhuǎn)
臺(tái)5，當(dāng)倍頻信號(hào)探測(cè)器8測(cè)得的倍頻信號(hào)強(qiáng)度最大時(shí)，測(cè)得該GaSe晶體樣本的外部相位匹配角分別為34°，37。和38。；根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，選出現(xiàn)有的GaSe晶體色散方程，如表格I所示。表格I中列出了由 G. B. Abdullaev (No. 1)、Κ· L. Vodopyanov (No. 2)和 K. R. Allakhverdiev (No. 3 和 No. 4)的團(tuán)隊(duì)提出的四組不同的GaSe色散方程；根據(jù)非線(xiàn)性倍頻角度相位匹配理論，oo-e相位匹配方式下的內(nèi)部相位匹配角為式
權(quán)利要求
1.一種確定晶體色散方程的裝置，其特征在于，該裝置包括激光器(I)、光闌(2)、透鏡A (3)、待測(cè)晶體樣品(4)、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)、濾波片(6)、透鏡B (7)和倍頻信號(hào)探測(cè)器(8)，在激光器(I)和倍頻信號(hào)探測(cè)器構(gòu)成的光軸上，從左到右依次排列激光器(I)、光闌(2)、透鏡A (3)、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)、濾波片(6)、透鏡B (7)和倍頻信號(hào)探測(cè)器(8)，所述的待測(cè)晶體樣品(4)置于角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)上，所述的激光器(I)發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光闌(2)和透鏡A (3)入射到待測(cè)晶體樣品(4)的表面上，調(diào)整角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)，使待測(cè)晶體樣品(4)的中心置于透鏡A (3)的焦點(diǎn)上，以獲得較強(qiáng)的倍頻信號(hào)，倍頻信號(hào)輸出經(jīng)濾波片(6)濾掉剩余基頻光后經(jīng)透鏡B (7)聚焦在倍頻信號(hào)探測(cè)器(8)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種確定晶體色散方程的裝置，其特征在于，所述的激光器(I)為C02激光器。
3.權(quán)利要求I或2所述的一種確定晶體色散方程的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟一將待測(cè)晶體樣品(4)置于角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)上，改變激光器(I)的輸出波長(zhǎng)使其在待測(cè)晶體樣品(4)的透光范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)，當(dāng)倍頻信號(hào)探測(cè)器(8)測(cè)得的倍頻信號(hào)強(qiáng)度最大時(shí)，即得到待測(cè)晶體樣品(4)在此基頻光波長(zhǎng)下的外部相位匹配角； 步驟二 改變激光器(I)的輸出波長(zhǎng)，重復(fù)步驟一，即得到待測(cè)晶體樣品(4)在不同基頻光波長(zhǎng)下的外部相位匹配角； 步驟三根據(jù)待測(cè)晶體樣品的多組色散方程，計(jì)算不同色散方程下的基頻光波長(zhǎng)和外部相位匹配角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)比，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差別最小的色散方程即為該待測(cè)晶體樣品的色散方程。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種確定晶體色散方程的裝置和方法，屬于非線(xiàn)性晶體應(yīng)用領(lǐng)域。該裝置包括在激光器(1)和倍頻信號(hào)探測(cè)器構(gòu)成的光軸上，從左到右依次排列激光器(1)、光闌(2)、透鏡A(3)、角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)、濾波片(6)、透鏡B(7)和倍頻信號(hào)探測(cè)器(8)，所述的激光器(1)發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光闌(2)和透鏡A(3)入射到待測(cè)晶體樣品(4)的表面上，調(diào)整角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)(5)，使待測(cè)晶體樣品(4)的中心置于透鏡A(3)的焦點(diǎn)上，倍頻信號(hào)輸出經(jīng)濾波片(6)濾掉剩余基頻光后經(jīng)透鏡B(7)聚焦在倍頻信號(hào)探測(cè)器(8)上。本發(fā)明還提供一種確定晶體色散方程的方法，該方法過(guò)程簡(jiǎn)單方便，特別適用于無(wú)需準(zhǔn)確測(cè)量或受條件所限不能準(zhǔn)確測(cè)量晶體色散方程的實(shí)驗(yàn)室使用。
文檔編號(hào)G01N21/17GK102798595SQ201210278920
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者謝冀江, 姜可, 張來(lái)明, 李殿軍, 郭勁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所