Z-scan教程（ Word 可编辑版）.docxVIP

Lpt常熟微纳激光光子技术有限公司 Lpt 常熟微纳激光光子技术有限公司 常熟高新技术产业开发区湖山路99号求真楼T2 一楼 电话：0512邮编：215500 Z-扫描测量仪 使用手册 常熟微纳激光光子技术有限公司 2021-12-2 PAGE PAGE # 目录 TOC \o 1-5 \h \z \o Current Document 1、 仪器简介 3 \o Current Document 2、 仪器原理 3 3、 测量系统 7 3.1系统简介 7 3.2仪器原理图 8 4、 控制软件 8 4?1移动平台控制面板 8 12准备控制面板 9 4.3Z-Scan控制面板 10 5、 操作教程 13 5.1测量准备 13 14145.2样品测量 14 14 5.3数据导出 1、仪器简介 由等人于1989年提出的单光束Z.扫描技术具有装置简单、灵 敏度高等优点，并且能分别得到非线性极化率的实部和虚部及其符号，为现在应 用最广泛的材料的非线性光学性质的研究方次 2、仪器原理 图1-1为Z.扫描技术的原理示意图。入射光被分光镜RSi分成两束光，反射的 一部分被探头。接收，用来监测入射脉冲能量的浮动。透过的光束被透镜Z会 聚，透过放置在焦点附近的样品后再次被分束镜BS2分成两部分，被反射的部分 全部被探测器D2接收，而透过的部分经过一个放置在远场的小孔后被探测器 Dj接收。 透镜；sample,样品11Z- 透镜；sample,样品 11Z-扫描原理图。BSh BS小分束镜;L, A,小 孔；Di-Da^能量计 由于在测量的过程中,样品是在焦点的附近沿Z 由于在测量的过程中, 样品是在焦点的附近沿Z轴（激光传播方向）前后移 it 动，因此我们将这个系统测量所得到的曲线称之为Z-扫描曲线。每当样品移到 ?个不同的Z位置,Dh D2和D3就会记录一组数据,最终我们可以得到两条实 验曲线；一条是D2/Dh由于D2接收的是透过样品后整个光斑的能量，它反映 的是样品不同位置处的非线性吸收情况，我们称之为“开孔” Z-扫描曲线；另一 条是D3/D1,它反映的是测量面上光轴附近的能量变化，既与非线性吸收也与非 线性折射有关，由于在探头D3前加了一个小孔A,因此我们称之为“闭孔” Z- 扫描曲线。 1.08--40 -20 0 20 40Z (mm) 1.08- -40 -20 0 20 40 Z (mm) 6 4 2 0 8 6 4 0 0 0 0 9 9 9 -1 1 1 1 o o o eoUBU-ESUE paz 一一 BE」0N 图1.2开孔Z-扫描曲线 对于开孔Z-扫描，设探测器仇的面积足够大能够将所有的能量都接收，那 么开孔Z-扫描曲线只与非线性吸收有关而不受非线性折射的影响。假设样品具 有反饱和吸收，从负Z方向沿正Z方向移动，当其靠近焦点时，光强不断增加, 总的吸收系数越来越大，透过样品的能量减少，当样品处于焦点时透过能量达到 最小值，形成一个谷。样品过了焦点以后，随着光强的不断减小，吸收系数又逐 渐的变小，透过样品的能量逐渐増加,最终在远离焦点的地方恢复为线性吸收。 由于高斯光在焦点两侧光强分布是对称的，所以反饱和吸收下的开孔Z-扫描曲 线是一条关于焦点对称的单谷曲线。反之，饱利吸收时的开孔Z-扫描为一条对 称的单峰曲线，如图1-2所示。 1.08-神1.06 -1.041 02 -1.00 -0.98-0.96 ?0.94 ?0_92?-2002040 1.08- 神 1.06 - 1.04 1 02 - 1.00 - 0.98- 0.96 ? 0.94 ? 0_92? -20 0 20 40 z (mm) -400.90 -40 1-3三阶非线性的纯折射闭孔Z.扫描曲线 闭孔z-扫描曲线包含了非线性吸收和非线性折射。光斑的空间分布、远场 小孔尺寸对测量结果具有较大的影响，因此髙斯Z-扫描技术对光斑的的质量有 较高的要求。我们假设样品具有正的非线性折射而不含非线性吸收，首先从负的 Z位置开始向正Z位置方向移动，开始时由于照射到样品上的光强非常弱，引起 的非线性相移可以忽略不计，远场小孔处的光斑大小发生的变化很小，小孔透过 率保持不变，为小孔的线性透过率。随着样品向焦点靠近，作用在样品上的光强 不断增加，在光斑的作用区域中的样品就产生了一个“正透镜效应，当正透镜 处在焦点之前时，它使得样品后的会聚光束更加会聚，这样就使得远场小孔处的 光斑尺寸变大，相应地透过小孔的能量减小，小孔的透过率就变低。当样品过了 焦点之后，“正透镜效应会使样品后原来发散的光束准直，从而使得小孔处的光 斑尺寸变小，透过小孔的能量增加，小孔的透过率就变大。随着样品继续向正的 Z位置方向移动，光强逐渐的降低，当降低到光学非