Устройство для измерения длительности сверхкоротких лазерных импульсов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) < ц ($))$ 0 1 Н 21 /62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР („

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ",, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3536302/25 (22) 25.10.82 (46). 30.06.92. Бюл. Ь" 24 (71) Институт физики АН 6ССР (72) T.È. Эфендиев (53) 535.36(088.8) (56) De Maria et all. "Picosecond .

laser pu1ses" Proc. IEEE ", 7, 2 (1969)

" Апанасевич П.А; и др. Применение генерации излучения в растворах красителей на распределенной обратной связи для измерения длительности, сверхкоротких импульсов, иэв. AH СССР, серия физич. 44, 2086, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДЛИТЕЛЬНОСТИ СВЕРХКОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ

ИМПУЛЬСОВ, содержащее равнобедренную треугольную прямоугольную призму, гипотенузная грань которой установИзобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для измерения длитель-. ности импульсов генерации лазеров пикосекундного и субнаносекундного диапазона.

Известно устройство для измерения длительности сверхкоротких импульсов, основанное на методе двухфотонной люминесценции. Устройство содержит светоделитель, разделяющий пучок излучения измеряемого импульса на два самостоятельных пучка. На пути каждого из разделенных пучков установлено по

2 лена в контакте с активной. средой, в кювете, и оптически связанные с кюветой устройство регистрации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с це" лью упрощения конструкции, на гипо" тенузную грань призмы. нанесено полупрозрачное на длине волны анализируемого излучения покрытие, на первую боковую грань нанесено отражающее на длине волны анализируемого излучения покрытие, а параллельно второй боковой грани призмы установлен экран с окном в виде .щели, параллель" ной ребру, образованному пересечением боковых граней призмы, причем приз" ма и кювета установлены с возможностью перемещенияотносительно экрана вдоль линии, перпендикулярной ребру, обра зова н ному и ере сече нием боко" вых граней призмы. одному отражающему зеркалу. Между зеркалами размещена кювета с раствором красителя. Зеркала и кювета расположены таким образом, что пучки, отраженные от зеркал, распространяются в кювете навстречу друг другу.

В результате этого в точке совпадения наблюдается усиленная люминесценция,причем размеры светящейся области определяются длительностью импуль» са.

Недостатком этого устройства является невозможность измерения длитель"

3 . 194 ности им>1ульсов низкОЙ интенсивнОсти поРоговых "Ci1GBi É.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению я вляет ся устройство для измерения длительности сверхкоротких лазерных импульсов, со" держащее равнобедренную треугольную прямоугольную призму, гипотенузная грань установлена в контакте с актив- 1О ной средой в кювете, и оптически свя" занное с кюветой устройство регистрации, а также светоделитель, систе" му зеркал и призм полного внутреннего отражения и оптическую линию за" держки. B указа >HQM устройстве измеряемый импульс делится светоделителем на два равных по интенсивности импульса, которые .затем с помощью зеркала и призм направляются на гра- 20 ницу раздела призма" раствор красите" ля через две боковые грани прямоугольHoI1 призмы. Один из импульсов, прежде чем попасть на боковую грань призмы„ проходит через регулируемую опти" 25 ческую линию задержки. Интерференция двух импульсов в активной среде приводит к образованию в ней периодичес" кой пространственной. решетки. Тем самым создаются условия для возбуж- 30 дения в активной среде оптической генерации на основе светоиндуцированной распределенной обратной свя3« (Pot:), Иедостатком устройства является сложность, обусловленная наличием в нем ряда оптических элементов, каждый из которых требует юстировки.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.

Указанная цель достигается тем, что .в устройстве для измерения дли" тельности сверхкоротких лазерных имг>ульсов, содержащем равнобедренную треугольную прямоугольную призму„ гиготенузная грань которой установ" лена в контакте с активной средой в кювете, и оптйчески связанное с кюветой устройство регистрации, на ги" потенузную грань призмы нанесено полупрозрачное на длине волны акали" зируемого излучения покрытие, на первую боковую грань призмы нанесено отражающее на длине волны анализируемого излучения покрытие, а па- у раллельно второй боковой грани призмы установлен экран с окном в виде щели, параллельной ребру, образованному пересечением боковых граней . (1) где L — расстояние центра окна 4 от ребра призмы, образованного пересечением боковых граней;

U. — скорость света в материале при змы,"

t — время пробега.

Пусть длительность импульса будет

2, Интерференция пучков 8 и 9 будет йметь место если t. фц, т.е. в этом случае они будут перекрываться во времени. В этом случае будет наблю1

2L=V t, призмы, причем призма и кювета установлены с возможностью перемещения относительно экрана вдоль линии, перпендикулярной ребру, образованному пересечением боковых граней призмы.

На чертеже изображено устройство для измерения длительности сверхкоротких лазерных импульсов.

Оно содержит равнобедренную тре- . угольную прямоугольную призму 1 из прозрачного диэлектрика, кювету 2 с активной средой (раствором красителя), экран 3 с окном 4 в виде щели, па" раллельной ребру, .бразованному пересечением боковых граней призмы. На первую боковую грань 5 призмы 1 нанесено отражающее покрытие, на гипо-тенузную грань 6 — полупрозрачное на длине волны анализируемого излучения покрь>тие. За кюветой 2 установлено устройство регистрации 7, Устройство для измерения длительности сверхкоротких лазерных импульсов работает следующим образом, Пучок 8 анализируемого излучения направляется на окно ч и после прохождения границы воздух-призма падает на гипотенузную грань 6 призмы в точке А. Часть пучка излучения, преломляясь на границе призма-раствор, заходит внутрь активной среды. Другая часть пучка 9 излучения отражается от границы раздела призма-раствор и„ претерпев отражение от боковой грани 5, падает на гипотенуз" ную грань 6 в точке А и также частично проникает внутрь активной среды. В результате интерференции пуч- . ков 8 и 9 в активной среде Формируется пространственная решетка, на которой возбуждается генерация красителя, которая регистрируется устройством регистрации 7.

Пучок 9, прежде чем проинтерферировать с пучком 8, проходит путь

1О

ПР Alf

Ъ (2) г и в пд где и < и и„- показатели преломления раствора и материапа призмы соответ ственно; „- длина волны накачки анализируемого излучения;

В - угол падения пучков 8 и 9 на границу раздела приэмараствор.

При нормальном падении пучка S на поверхность боковой грани призмы имеет место полное перекрытие пучков

8 и 9 на границе раздела призма-раствор, Y,å. порог возникновения гене рации минимален. Угол 0 для данной геометрии возбуждения равен 45 . В этом случае выбор раствора красителя для данного материала призмы в соответствии с выражением (2) определяется длиной волны A н анализируемого излучения.

Пример. Для изменения дли тельности импульса второй гармоники (%1,=532 нм) АИГ: Nd — лазера с синхройизацией мод использовалась прямоугольная треугольная призма из стекла К-8 (nÄp=1,52), гипотенузная грань которой находилась в контакте с раствором красителя в кювете. Приз" ма и кювета собраны на глубоком оптическом контакте.

Спектры излучения регистрирова" лись с помощью дифракционного спектрограФа ДФС-8 с обратной дисперсией

0,3 нмбмм.

Размеры гипотенузной грани сос» тавляли 28 x 20 мм, боковых граней

20.н 20 мм. Гипотенузная грань призмы имела отражающее диэлектрическое покрытие с коэффициентом отражения на

5 111 даться генерация узкой линии на основс РОС. Варьируя величину Ь, можно определить то значение t, при котором генерация узкой линии не наблюдается. Тем самым определяется длительность измеряемого импульса „ =t. л

Длина волны генерации „ в описанном устройстве определяется выражением

9434 б длине волны h =532 нм, равным R 603

На одну из боковых граней было нанесено отражающее покрытие с коэффициентом отражения К 99ь на длине волны

Я=532 нм. Вплотную к другой боковой грани был установлен экран с щ лью шириной О,1 см. Призма и кювета крепились на юстировочном столике и могли перемещаться вдоль .экрана с помощью микрометрического винта с > о 0,005 с .

В качестве активной срецы исполь- зовался раствор оксаэина-17 в этаноле (n =1,36).

В этих условиях наблюдалась генерация узкой линии на основе POC на длине волны 9, =673,3 нм при вариации величины L от 0,,15 см до а 0,3 см.

Указанные значения ь соответствуют времени пробега от 15 пс до 30 пс.

При значении L > О, 3 см, т ° е. при

tp30 пс, генерация узкой линии не наблюдалась, т.е. длительность измеряемого импульса б„"--30 пс.

В практических целях могут быть использованы призмы, для которых величина L может изменяться от 0,15 до

3,5 см. Это позволяет измерять импульсы с длительностью от 15 до

350 пс.

Следует отметить, что устройство может работать при значениях коэффиЗ5 циента отражения R диэлектрического покрытия, нанесенного на гипотенузную грань призмы, в интервале Oe RC 1 003. Только при двух значениях коэф" фициента отражения R, а именно при

40 R=0 и К=100 ь, устройство не может функционировать. Оптимальное значение коэффициента отражения R (c точки зрения минимального значения энергетического порога генерации) нахоgg дится в пределах 401< R(603.

Описанное устройство отличается простотой конструкции и удобством в эксплуатации вследствие сокращения числа оптических элементов и узлов

50 их юстировки,что обеспечивает в свою очередь виброустойчивость устройства, а также дешевизной.

Корректор T. Палий

Редактор O.Филиппова Техред М.Моргентал

Заказ 281!1 Тираж Подписное

В!!ИИ!!И Государстaeннoго комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС!

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Пронзводстлецно-издательский комбинат "!!атеит", r. Ужгород, ул. агарина, 1О!