Устройство для измерения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного показателя преломления
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ И НЕЛИНЕЙНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ образца, содержащее лазер и последовательно установленные по ходу излучения средство для изменения интенсивности излучения, линзу и средство . для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и. производительности измерений, в него дополнительно введены расщепитель пучка и компенсатор, установленные последовательно между линзой и средством для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке таким образом, что оптические оси расщепителя и компенсатора ориентированы под углами к оси излучения лазера соответственно 45 и 90 , а плоскости главного сечения расщепителя и компенсатора взаимно перпендикулярны .
(1% 01) СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
4(51) G 01 N 21/4V
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф(в pit ъ т-: -, pg
ЫБ 1я" 9, ЩА (21) 3659678/18-25 (22) 04.11.83 (46) 07.01.85. Бюл. В 1 (72) В.Н. Семиошко (53) 535.24(088.8) (56) 1 . Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. M., "Мир", 1981, с. 342.
2. Борщ А.А., Бродин М.С., Крупа Н.И. Устройство для измерения анизотропии нелинейного показателя преломления. — ЖЭТФ, т. 70, вып. 5, 1976, с. 1806-1809 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
АНИЗОТРОПИИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ
И НЕЛИНЕЙНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ образца, содержащее лазер и последовательно установленные по ходу излучения средство для изменения интен- сивности излучения, линзу и средство: для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и.производительности измерений, в него дополнительно введены расщепитель пучка и компенсатор, установленные последовательно между линзой и средством для измерения расЮ пределения интенсивности влазерном пучке таким образом, что оптические оси расщепителя и компенсатора ориентированы под углами к оси излучения лазера соответственно 45 и 90, а плоскости главного сечения расщепителя и компенсатора взаимно перпендикулярны.
2. Устройство по п. 1, о т л и ч а где L ю щ е е с я тем, что толщина компен"о 1 е > сатора выбирается из соотношения
"01ое— — толщина расщепителя, показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в расщепителе и компенсаторе, Изобретение относится к.квантовой электронике, а именно к нелинейной оптике, и может быть использовано для точных измерений.анизотропии коэф» фициента поглощения и анизотропии 5 нелинейного показателя преломления вещества.
Известно устройство для исследования вынужденного двулучепреломления, содержащее импульсный лазер, нейтраль1О ные фильтры, поляризатор, дихроичное зеркало, кювету с исследуемой жидкостью, анализатор, интерференционные фильтры, средствадля регистрации интенсивности лазерного излучения установленные последовательно на оси пучка излучения импульсного лазера, и непрерывный лазер, ось пучка излучения которого с помощью дихроичного зеркала совмещена с осью пучка импульсного лазера (1) .
Недостатками этого устройства явля" ются низкая точность измерения, так как определить величину двулучепреломления можно лишь эа два импульса лазерного излучения, а также ограниченные функциональные возможности.
его нельзя использовать для проведения измерений коэффициента поглоще ния и анизотропии нелинейного показателя преломления в средах, нелинейность которых обусловлена свободными носителями. Кроме того, устройство технически сложно из-занеобходимости . точного совмещения осей пучков непре-З рывного и импульсного лазеров.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного по" 40 казателя преломления, содержащее ла, зер и последовательно установленные по ходу излучения средство для изменения интенсивности излучения, линзу и средство для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке $2).
Недостатком известного устройства является низкая точность измерения (около ЗОЖ), так как определить величину анизотропии можно только за два импульса лазерной генерации. Кроме того, необходимо менять ориентацию кристалла, что повышает трудоемкость процесса, т.е. снижает производительность устройства.
Цель изобретения — повышение точности и производительности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного показателя преломления образца, содержащее лазер и последовательно установленные по ходу излучения средство для измерения интенсивности излучения, линзу и средство для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке, дополнительно введены расщепитель и компенсатор, установленные последовательно между линзой и средством для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке таким образом, что оптические оси рас1 щепителя и компенсатора ориентированы под углами к оси излучения соответо ственно 45 и 90, а плоскости главного сечения расщепителя и компенсатора взаимно перпендикулярны.
При этом толщина компенсатора I< выбирается из соотношения
1133510
2б,"е п a5 1
2 о ° и 1
11 — толщина расщепителя, 5 показатели преломления обык1
"о "е новенного и необыкновенного лучей в расщепителе и компенсаторе.
На чертеже приведена структурная 10 схема устройства для измерения аниэотропии поглощения и нелинейного показателя преломления..
Устройство содержит лазер 1, средство 2 для изменения интенсивности лазерного излучения, линзу 3, расщепитель 4, компенсатор 5, исследуемый образец 6, средство 7 для измерения поперечного распределения интенсивности. 2()
Устройство работает следующим образом.
Излучение лазера 1 ослабляется до необходимой интенсивности средством
2,фокусируется линзой 3, расщепляется расщепителем 4 на два равных пучка с взаимно перпендикулярной поляризацией (обыкновенный и необыкновенный), проходит через компенсатор
5, который компенсирует разность хода между обыкновенными и необыкновенными пучками, и попадает на исследуемый образец 6. Далее средство 7 для измерения поперечного распределения интенсивности регистрирует ин35 тегральные интенсивности прошедших пучков при измерении анизотропии коэффициента поглощения, либо, в случае измерения нелинейного показателя преломления, диаметры прошедших пучков ° Измеряя зависимость диа.метра пучков от падающей. мощности, определяют пороговые мощности и по соотношению о,е 0Л2Ъo) С . а
ЕЪ 7 о где P — пороговая мощность само- SO
o,е и фокусировки или самодефокусировки в исследуемом образце, — длина световой волны в вакуо уме, 55 находят нелинейные показатели преломо ления п и л2 для обыкновенного и необыкновенного пучков °
Средства для изменения интенсивности лазерного излучения могут представлять собой нейтральные фильтры или два поляризатора, повернутых относительно друг друга на определенный угол. Средства для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке могут представлять собой фотопластин" ку или матричные фотоприемники с дисплеемм.
Если излучение лазера линейно поляризовано, то, изменяя угол между плос. костями главного сечения и поляризации, определяют пороговые мощности самофокусировки для обыкновенного и необыкновенного пучков одновременно.
Таким образом, параметры, необходимые для определения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного показателя преломления, измеряются с помощью предлагаемого устройства за один импульс лазера. Это повышает точность измерения до 0,1Х при определении коэффициента поглощения и до ЗХ при определении нелинейного показателя преломления, так как при этом отпадает необходимость учета нестабильности интенсивности .лазерного излучения.
Расщепитель изготовлен из двулуче- преломляющего материала, причем оптическая ось С расположена под углом
45 к оси падающего лазерного излучения, поэтому даже при нормальном падении происходит снос энергии— пространственное разделение обыкновенного и необыкновенного пучков.
Угол между оптической осью С и волновым вектором падающего излучения (осью устройства) взят равным 45, так как о в атом случае при падении на линейноанизотропную среду пучка с гауссовым профилем интенсивности, расходимости обыкновенного и необыкновенного пучков одинаковы.
Максимальный угол Cf между обыкновенным и необыкновенным пучками излучения наблюдается тогда, когда тангенс угла е4 между оптической осью С расщепителя и осью устройства (направ. лением распространения пучка излучения) равен †" . Действительно, угол пе
g можно определить через угол 06 следующим образом; э (3) 33510
Составитель С. Голубев
Техред А.Кикемезей Корректор Л.Пилипенко
Редактор А. Шишкина
Заказ 9943/36 Тираж 898 Подпис ное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где и и — показатели преломления для о> е обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно.
Из условия максимума угла g из соотношения (3) получим
n +net(-2в Я с
"о или 1(* — ($) пе
Для длины волны ф = 532 нм и кристалла КПД (0о .1в51; Ag= 1э,47) имеем .о 45 48, (= 1 30!
Изготовление расщепителя из крис-.— сталла с малой линейной анизотропией таким образом, что оптическая ось С ориентирована под углом 45 к входным граням, позволяет одновременно удовлетворить двум условиям: максимальности угла расщепления и неизменности расходимости обыкновенного и необыкновенного пучков, внутри расще пителя.
При измерении анизотропии нелинейных коэффициентов поглощения и показателя преломления необходимо, чтобы фокусные расстояния в необыкновенном и обыкновенном пучках быпи одинаковы, т.е ° разность хода между обоими пучками должна быть равна нулю. Этому условию можно удовлетворить, если плоскость главного сечения расщепи10 теля будет перпендикулярна плоскости главного сечения компенсатора. При этом толщина расщепителя L< будет связана с толщиной компенсатора соотношением
" î " "e=L в(46 l ""2 "о р
L "о "е 2(пе ° "î1 20 Таким образом, введение в устройство расщепителя и компенсатора позволяет повысить точность и производительность устройства для измерения анизотропии нелинейного показателя преломления и коэффициента поглощения .
