Способ измерения нелинейности показателя преломления оптических сред

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИ- . ЧЕСКИХ СРЕД, включающий формирование эллиптически поляризованного излучения , пропускание его через измерительную кювету, регистрацию вращения эллипса поляризации излучения и определение по величине вращения коэффициента нелинейности показателя преломления 42 цр для поляризованного по кругу излучения, о т л ичающийся тем, что, с целью повьпления точности измерений, осуществляют контакт измерительной кюветы с линейной оптической средой, направляют эллиптически поляризованное излучение на границу раздела этих сред, вьфавнивают линейные показатели преломления линейной среды и исследуемой оптической среды , измеряют эллиптичность R излучения , отраженного от границы раздела , определяют отношение коэффициентов нелинейности показателя преломления 2кр .j, исследуемой оптической среды по формуле (Л Пгкр . () /.. J 26(UR& п 2Л где коэффициент нелинейности показателя преломления для линейно поляризованного излучения{ 5- эллиптичность излучения, падающего на границу раздела , и с учетом известной величинып определяют из Од указанного отношения nj.

ССФОЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ р еспи лик (19) (11) З(51) G 01 N 21/41 л

° а

° ° (21) 3616559/18-25 (22) 07.07.83 (46) 07.11..84. Бюл. (s 41 (72) Г. Б. Альтшулер, Н. P. Белашенков, В.С. Ермолаев и С.А. Козлов (71 ) Ленинградский институт точной механики и оптики (53) 535.24(088.8) (56) 1. P.D. Naker, R.M. Terhune

1ntensity dependent changes in the

refractive index of 1 ignids. Phus.

dett. Rev, v. 12, )р 18, 1964, р. 507.

2. Альтшулер Г.Б. и др. Прямое измерение компонент тензора непинейной восприимчивости, определяющих нелинейность показателя преломления оптических материалов. — Письмо в ЖТФ, т. 3, в. 11, "197?, с. 523 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ НЕЛИНЕИНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СРЕД, включающий формирование эллиптически поляризованного излучения, пропускание его через измерительную кювету, регистрацию вращения эллипса поляризации излучения и определение по величине вращения коэффициента нелинейности показателя преломления п2 „ для поляризованного по кругу излучения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, осуществляют контакт измерительной кюветы с линейной оптической средой, направляют эллиптически поляризованное излучение на границу раздела этих сред, выравнивают линейные показатели преломления линейной среды и исследуемой оптической среды, измеряют эллиптичность R излучения, отраженного от границы раздела, определяют отношение коэффициентов нелинейности Показателя преломления zvp исследуемой оптической п7л среды по формуле пткр (Я+Я(+ ) кр

)) )ь 2.6 (4 Я6) где П вЂ” коэффициент нелинейности показателя преломления для линейно поляризованного излучения, Б — эллиптичность излучения, падающего на границу раздела, и с учетом известной величины и „определяют из

1ур указанного отношения и „.

1122 136

2 « (R+ 5)(lt + )

1 7

"гi 29((t R5) 30

"осо Ч

fit со 2 q

Е 11=, 0Х,-ХД4Е,1 +l»„»Е + Х (Е р+Е )Е

Изобретение относится к технике измерения физических свойств вещества и может быть использовано в оптической промышленности для аттестации оптических сред по коэффициенту нелинеиности показателя преломления (КНПП).

Известен способ определения коэффициентов нелинейности показателя преломления оптических сред, состоящий в том, что регистрируют искажение фазового фронта мощного светового излучения, прошедшего испытуемый образец, раздельно для линейной и круговой поляризации света, по которым определяют коэффициенты непинейности показателя преломления дпя линейной Г12 H K rовой П2„ поляризации света f1) .

Недостатками данного способа являются сложность и низкая точность измерений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения коэффициентов нелинейности показателя преломления оптических сред, включающий формирование эллиптически поляризованного излучения, пропускание его через измерительную кювету, регистрацию вращения эллипса поляризации излучения и определение по величине вращения коэффициента нелинейности показателя преломления й2„ для поляризованного по кругу излучения.

Для определения коэффициента нелинейности показателя преломления

11 „ формируют линейную поляризацию излучения и регистрируют искажение. фазового фронта излучения, прошедmего испытуемый образец для указанной поляризации света. Таким образом, при измерениях П2„ и необходимо перестраивать оптическую схему для формирования линейной и круговой поляризации света (2) .

Основным недостатком известного способа является низкая точность измерений, связанная с погрешностями раздельньг измерений g „ и r)2 х и точностью установки угла ПВО.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель до" òèãàåòñÿ тем, что согласие способу измерения нелинейности показателя преломления оптических сред, включающему формирование эллиптически поляризованНого излучения, пропускание его через измерительную кювету, регистрацию вращения эллипса поляризации излучения и определение по величине вращения коэффициента нелинейности показателя преломления П2 для поляризованного по кругу излучения, осуществляют контакт измерительной кюветы с линейной оптической средой, направляют эллиптически поляризованное излучение на границу раздела этих сред, выравнивают линейные показатели преломления линейной среды и исследуемой оптической среды, 20 измеряют эллиптичность R излучения, отраженного от,границы раздела, определяют отношение коэффициентов нелинейности показателя преломления

П2к )0 „исследуемой оптической среды по формуле где q „ — коэффициент нелинейности показателя преломления для линейно поляризованного излучения

5 †.эллиптичность излучения, падающего на границу раздела, и с учетом известной величины И „ определяют из указанйого отношения

При решении волнового управления на границе раздела линейной и нелинейной сред для эллиптически поляризованного света получены нелинейные формулы Френеля. Показано, что при отражении эллиптически поляризованного излучения от нелинейной среды происходит самодеформация эллипса поляризации беэ его поворота.

При условии равенства линейных показателей преломления линейной и нелинейной сред нелинейные формулы

Френеля имеют вид

11? 2936 4

30

При этом

»1 Х» » (R»6). 1+5 )

2кр

" ?л 26(h». R5) Выравнивание линейных показателей преломления граничащих сред может 45 быть осуществлено путем изменения линейного показателя преломления линейной среды любым известным способом, например изменением температуры линейной среды, изменением давления и т.д.

Предлагаемый способ более точен по сравнению с известным так как при его осуществлении не проводится раздельного определения коэффициен- 55 тов нелинейности показателя преломления п2 и и 2„, при котором в измерения вносится дополнительная и< . г, -. Х»» — текзор линейной воспри» имчпвости для линейно поляризованного света, »гг»

= Х вЂ” текзор линейкой воспри2 имчивости для поляризо 5 ванного по кругу света, 1 и — линейный показатель о преломления, одинаковый для обеих сред, I угол падения эллипти- 10 чески поляризованного света на границу раздела сред, амплитуды составляющих а йн отраженной волны 15 à — амплитуда составляющих 1 Э1 падающей волны.

Из выражения (2) следует, что при полном выравнивании линейных показателей преломления граничащих сред 20 эллиптичность отраженной волкы определяется лишь эллиптичностью подающей волны и отношением компонент тензора нелинейной восприимчивости

»221 нелинейной среды. Измерив

»лл» эллиптичкость отраженного света, лгг» отношение компонент g» л можно определить по формуле г»

29(I+ и 5 j где 5 " — — эллиптичность падающег е го света, 35

12 "" — эллиптичность отражен4 1 ного света ° погрешность, не требуется такжс. точной установки угла ПВО.

На фиг. 1 представлена оптичес- кая схема предлагаемого устройства г. режиме регистрации угла поворота эллипса поляризации излучения, проходящего через исследуемую среду (определение компоненты тензора нелинейной восприимчивости

1221, на фиг. 2 — оптическая схема устройства в режиме регистрации степени

„цеформации эллипса поляризации излучения, отраженного от исследуемой среды (определение отношения компонент тензора нелинейной восприимчивости Х» 1» / 3С»2l1 ) .

На фиг. 2 показаны источник мощного светового излучения, поляризаторы 2 и 3, делительная пластина

4, фазовые элементы 5 и 6, фотоприемники 7 и 8, линейная среда 9, термостат 10 и исследуемый образец 11.

Поляризаторы могут быть выполнены, например, в виде призм Глана или призм Рошона, фазовые элементы могут быть выполнечы в виде четвертьволно-. вых пластинок или ромбов Френеля, в качестве фотоприемников целесообразно использовать коаксиальные фотоэлементыЛинейной средой следует считать любую среду, КНПП которой удовлетворяет условию »12 с 10

СГСЕ, например воду, этанол и т.д.

Измерения с помощью предлагаемого способа проводятся следующим образом.

В режиме измерения компоненты (12 21 методом СВЭП исследуемый образец 11 помещают между фазовым элементом 5 и термостатом 10, содержащим литейную среду 9. Мощное световое излучение от источника 1 каправляют через поляризатор 2 на делительную пластину 4. Часть излучения направляется на фотоприемник

7, другая часть — на фазовый элемент 5. После прохождения фазового элемента 5 мощное эллиптическое поляризованное излучекие направляют в исследуемый образец 11. Из-за анизотропии показателя преломления, наведенной светом, в образце происходит поворот эллипса поляризации без его деформации. Излучение, прошедшее через исследуемый образец, отражается от поверхности линейной среды 9, проходит фазовый элемент 6, поляризатор 3 и попадает на фото1122936 ги Х 7

1г-К,6 3, Фма1 приемник 8. По соотношению сигналов с фотоприемников 7 и 8 судят о нелинейном изменении пропускания схемы, т.е. об угле поворота эллипса поляризации мощного излучения. Компоненту тензора нелинейной восприимчивости д исследуембй среды рассчитывают по формуле где и — линейный показатель преломо ления исследуемой среды, (, — угол поворота эллипса поляризации излучения в образце, волновой вектор излучения в вакууме, — длина исследуемого образца, 3 - интенсивность излучения.

В режиме измерения отношения Ъ l«il компонент угу методом СЖЭП осуществляют оптический контакт исследуемого образца и отражающей поверхности линейной среды. Измеряя температуру линейной среды,9 с помощью термостата 10, выравнивают линейные показатели преломления линейной и исследуемой сред. Мощное световое излучение от источника 1 направпяют через поляризатор 2 на делительную пластину 4. Часть излучения направляется на фотоприемник

7, другая часть — на фазовый элемент 5. После прохождения фазового элемента 5 мощное эллиптически

5 поляризованное излучение направляют на границу раздела линейной и исследуемой сред. Излучение, отраженное от поверхности испытуемого образца, проходит фазовый элемент

6, поляризатор 3 и попадает на фотоприемник 8. По соотношению сигналов с фотоприемников 7и 8 судят о пропускании схемы, т.е. об эллиптичности отраженного. излучения. Отношение компонент тензора нелинейк н44 ной восприимчивости «г иссле/з дуемой среды рассчитывают по формуле (3), а отношение "зкр /< с учетом г выражения (4) определяют из соотношения (1) .

Таким образом, осуществляют совместное измерение обеих компонент тензора нелинейной восприимчивости исследуемой среды в рамках одного измерительного устройства.

Предлагаемый способ дает возможность получения с высокой точностью полной информации о нелинейности показателя преломления исследуемого

M материала за счет совместного определения компонент тензора нелинейной восприимчивости )(" и в рамках одной измерительной схемы.

1122936

Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СС(Р по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8129/35

Филиал ППП "Патент", г. Улл ород, ул. Проектная, 4

Составитель С.Голубев

Редактор В.Иванова Техред А. Бабинец Корректор М.Максимишинец