专利名称：一种确定晶体色散方程的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种确定晶体色散方程的装置和方法，属于非线性晶体应用领域。
背景技术：
自1960年激光器发明以来，利用非线性光学晶体对激光输出进行频率转换已经成为一种得到不同激光频率输出的重要技术，且广泛用于解决各种科学和工程问题。现在常用的非线性晶体主要有ZnGeP2，AgGaS2，GaSe,AgGaSe2,CdTe等。而很多种晶体如ZnGeP2、GaSe等的色散方程由于测量手段和测量方法及晶体生长过程的不同，文献报道有很多种结果。作为晶体的基本光学参数，对于一块特定的晶体样品，知道该样品的色散方程是对其进行科学研究的首要条件。
目前测量晶体色散方程的方法主要有最小背离法和单幅条纹图法，这两种方法都需要对晶体在各个波长下的折射率进行具体测量，过程复杂而且耗时。对于很多不是专业研究晶体的实验室等机构，也常常需要了解某种特定晶体的色散方程，但由于条件所限，采取上述两种方法来确定晶体的色散方程很困难。

发明内容
本发明的目的是为了解决现有的测量晶体色散方程的方法过程复杂而且耗时的问题，而提供一种确定晶体色散方程的装置和方法。本发明提供一种确定晶体色散方程的装置，该装置包括激光器、光阑、透镜A、待测晶体样品、角度旋转台、滤波片、透镜B和倍频信号探测器，在激光器和倍频信号探测器构成的光轴上，从左到右依次排列激光器、光阑、透镜A、角度旋转台、滤波片、透镜B和倍频信号探测器，所述的待测晶体样品置于角度旋转台上，所述的激光器发出的光束经过光阑和透镜A入射到待测晶体样品的表面上，调整角度旋转台，使待测晶体样品的中心置于透镜A的焦点上，以获得较强的倍频信号，倍频信号输出经滤波片滤掉剩余基频光后经透镜B聚焦在倍频信号探测器上。本发明还提供一种确定晶体色散方程的方法，该方法包括如下步骤步骤一取待测晶体样品薄片置于角度旋转台上，改变激光器的输出波长使其在待测晶体样品的透光范围内，转动角度旋转台，当倍频信号探测器测得的倍频信号强度最大时，即得到待测晶体样品在此基频光波长下的外部相位匹配角；步骤二 改变激光器的输出波长，重复步骤一，即得到待测晶体样品在不同基频光波长下的外部相位匹配角；步骤三根据待测晶体样品的多组色散方程，计算不同色散方程下的基频光波长和外部相位匹配角的对应关系，并与实验数据相对比，计算结果与实验数据差别最小的色散方程即为该待测晶体样品的色散方程。本发明的有益效果本发明提供一种确定晶体色散方程的装置，操作简单快捷，对器材要求低，测得倍频信号强，确定相位匹配角准确。本发明通过确定晶体色散方程的装置，测定待测晶体样品在不同基频光波长下的外部相位匹配角，根据待测晶体样品的多组色散方程，计算不同色散方程下的基频光波长和外部相位匹配角的对应关系，并与实验数据相对比，计算结果与实验数据差别最小的色散方程即为该待测晶体样品的色散方程。采用该方法确定的色散方程可信度高，能较快的确定出最适用的色散方程，且整个过程简单方便，易于操作与实现，特别适用于受条件所限不能准确测量晶体色散方程的实验室使用。


附图I为本发明一种确定晶体色散方程的装置的结构示意图，图中，I、激光器，2、光阑，3、透镜，4、待测晶体样品，5、角度旋转台，6、滤波片，7、透镜B，8、倍频信号探测器； 图2为本发明实施例I外部相位匹配角与基频光波长的关系曲线。
具体实施例方式本发明提供一种确定晶体色散方程的装置，如图I所示，该装置包括激光器I、光阑2、透镜A3、待测晶体样品4、角度旋转台5、滤波片6、透镜B7和倍频信号探测器8，在激光器和倍频信号探测器构成的光轴上，从左到右依次排列激光器I、光阑2、透镜A3、角度旋转台5、滤波片6、透镜B7和倍频信号探测器8，所述的待测晶体样品4置于角度旋转台5上，所述的激光器I发出的光束经过光阑2和透镜A3入射到待测晶体样品4的表面上，调整角度旋转台5，使待测晶体样品4的中心置于透镜A3的焦点上，以获得较强的倍频信号，倍频信号输出经滤波片6滤掉剩余基频光后经透镜B7聚焦在倍频信号探测器8上。本发明还提供一种确定晶体色散方程的方法，该方法是通过一种确定晶体色散方程的装置来实现的，该方法包括如下步骤步骤一将待测晶体样品4置于角度旋转台5上，改变激光器I的输出波长使其在待测晶体样品4的透光范围内，转动角度旋转台5，当倍频信号探测器8测得的倍频信号强度最大时，即得到待测晶体样品4在此基频光波长下的外部相位匹配角；步骤二 改变激光器I的输出波长，重复步骤一，即得到待测晶体样品4在不同基频光波长下的外部相位匹配角；步骤三根据待测晶体样品的多组色散方程，计算不同色散方程下的基频光波长和外部相位匹配角的对应关系，并与实验数据相对比，计算结果与实验数据差别最小的色散方程即为该待测晶体样品的色散方程。所述的激光器I为输出波长在待测晶体透光范围内的激光器，优选为CO2激光器。所述的滤波片6的作用是滤去激光器输出的基频光，以避免对后面的探测器8的信号产生干扰。所述的倍频信号探测器8为可响应相应晶体倍频信号的探测器，可以是功率计、能量计或光电探测器。实施例I取小块GaSe晶体样品4，将GaSe晶体样品4置于角度旋转台5上，改变CO2激光器I的输出波长为9. 3 μ m，转动角度旋转台5，当倍频信号探测器8测得的倍频信号强度最大时，即得到GaSe晶体样品的外部相位匹配角为33° ;依次改变CO2激光器I的输出波长为9. 6 μ m、10. 3 μ m和10. 6 μ m，转动角度旋转
台5，当倍频信号探测器8测得的倍频信号强度最大时，测得该GaSe晶体样本的外部相位匹配角分别为34°，37。和38。；根据文献报道，选出现有的GaSe晶体色散方程，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)的团队提出的四组不同的GaSe色散方程；根据非线性倍频角度相位匹配理论，oo-e相位匹配方式下的内部相位匹配角为式
权利要求
1.一种确定晶体色散方程的装置，其特征在于，该装置包括激光器(I)、光阑(2)、透镜A (3)、待测晶体样品(4)、角度旋转台(5)、滤波片(6)、透镜B (7)和倍频信号探测器(8)，在激光器(I)和倍频信号探测器构成的光轴上，从左到右依次排列激光器(I)、光阑(2)、透镜A (3)、角度旋转台(5)、滤波片(6)、透镜B (7)和倍频信号探测器(8)，所述的待测晶体样品(4)置于角度旋转台(5)上，所述的激光器(I)发出的光束经过光阑(2)和透镜A (3)入射到待测晶体样品(4)的表面上，调整角度旋转台(5)，使待测晶体样品(4)的中心置于透镜A (3)的焦点上，以获得较强的倍频信号，倍频信号输出经滤波片(6)滤掉剩余基频光后经透镜B (7)聚焦在倍频信号探测器(8)上。
2.根据权利要求I所述的一种确定晶体色散方程的装置，其特征在于，所述的激光器(I)为C02激光器。
3.权利要求I或2所述的一种确定晶体色散方程的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 步骤一将待测晶体样品(4)置于角度旋转台(5)上，改变激光器(I)的输出波长使其在待测晶体样品(4)的透光范围内，转动角度旋转台(5)，当倍频信号探测器(8)测得的倍频信号强度最大时，即得到待测晶体样品(4)在此基频光波长下的外部相位匹配角； 步骤二 改变激光器(I)的输出波长，重复步骤一，即得到待测晶体样品(4)在不同基频光波长下的外部相位匹配角； 步骤三根据待测晶体样品的多组色散方程，计算不同色散方程下的基频光波长和外部相位匹配角的对应关系，并与实验数据相对比，计算结果与实验数据差别最小的色散方程即为该待测晶体样品的色散方程。
全文摘要
本发明提供了一种确定晶体色散方程的装置和方法，属于非线性晶体应用领域。该装置包括在激光器(1)和倍频信号探测器构成的光轴上，从左到右依次排列激光器(1)、光阑(2)、透镜A(3)、角度旋转台(5)、滤波片(6)、透镜B(7)和倍频信号探测器(8)，所述的激光器(1)发出的光束经过光阑(2)和透镜A(3)入射到待测晶体样品(4)的表面上，调整角度旋转台(5)，使待测晶体样品(4)的中心置于透镜A(3)的焦点上，倍频信号输出经滤波片(6)滤掉剩余基频光后经透镜B(7)聚焦在倍频信号探测器(8)上。本发明还提供一种确定晶体色散方程的方法，该方法过程简单方便，特别适用于无需准确测量或受条件所限不能准确测量晶体色散方程的实验室使用。
文档编号G01N21/17GK102798595SQ201210278920
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者谢冀江, 姜可, 张来明, 李殿军, 郭劲 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所