Способ определения размеров оптических неоднородностей твердотельных сред

 

Изобретение отнбсится к лазерной технике и может быть использовано в оптической промыишенности при изготовлении и выбраковке активных элементов твердотельных лазеров. Цель изобретения - повышение чувствительности определения размеров оптических неоднородностей исследуемых активных элементов. Исследуемый активный элемент облучают коллимированным .лазерным излучением, регистрируют картину итстерференции коллимированного излучения, прошедшего через исследуемьй активный элемент, и излучения , рассеянного на оптических неоднородностях в этом элементе, определяют зависимость контраста интерференционной картины от расстояния между иccлeдye rым активным элементом и регистратором интерференцнон ной картины, определяют расстояния 1. между исследуемым активным элементом и регистратором интерференционной картины, соответствующие максимальным значениям контраста, а размеры оптических неоднгфодностей в; определяют нз соотношения а j - .,/(1,25 f) , где А - длина волны излучения, 1 ил. liii 00 Ч 0) 4

А1

СВОЗ СОНЕТСНИХ

СОЯИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧИРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 15.01.92. Бюл. N - 2 (21) 4209721/25 (22) 18.03.87 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Г.Б.Альтшулер, H,Р.Балашенков, М.В.Иночкин, В.А.Романов, Л.М.Студеникин и В.Ю.Храмов (53) 535.024(088.8) (56) Данилейко Ю.К. и др., Оптическая ,однородность кристаллов рубина и ее связь с расходимостью излучения оптических квантовых генераторов. ФТТ,, т. 10, в. 9, 1968, с. 2738.

Афанасьев В,A. Оптические измере. ния. М.: Недра, 1968, с. 122. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СРЕД (57) Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в оптической промышлpHHocTH при изготовлении и выбраковке активных элементов твердотельных лазеров. Цель

Изобретение относится к.лазерной технике и может, быть использовано в оптической промышленности при изготовлении и выбраковке активных элементов твердотельных лазеров.

Цель изобретения — повышение чув.ствительности способа.

На чертеже приведена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит лазер i например типа Лà — 79, и установленные

„„ЯО„„1487641 изобретения — повышение чувствительности определения размеров оптичес" ких неоднородностей исследуpMblx ВК» тивных элементов. Исследуемый активный элемент облучают коллимированным .лазерным излучением, регистрируют картину интерференции коллимированного излучения, прошедшего через. исследуемый активный элемент, и излучения, рассеянного на оптических неоднородностях в этом элементе, определяют зависимость контраста интерференционной картины от расстояния между исследуемым активным элементом и регистратором интерференциоф- ° ной картины, определяют расстояния между исследуемым активным эле! ментом и регистратором интерференционной картнны, соответствующие максимальным значениям контраста, а раэ- вава меры оптических неодн родностей а .

3 определяют из соотношения а °

= МТ; /(1,25 ft), где Л вЂ” длина волны излучения, 1 ил. последовательно по ходу излучения лазера коллиматор 2, за которым располагают исследуемый активный элемент 3, положительную линзу 4, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси при помощи привода 5, например в виде червячной пары„ сопряженной с шаговым двигателем ШДР-711 и регистратор 6 пространственного положения лазерно

ro излучения, например телекамеру.

f 487641

Способ осуществляют следующим образом.

Лазерное излучение пропускают через коллиматор 2 и направляют на ие5 следуемый активный элемент 3. Рассеянная на содержащихся в активном элементе оптических неоднородностях световая волна интерферирует с невозмущенной коллимированной составляю" - .fp щей светового потока в пространст,ве за активным элементом. С помощью регистратора 6 исследуют контраст ин. терференционной картины, Используя

I привод 5, перемещают положительную пl линзу 4 вдоль оптической оси, Изменяя

" расстояние 1 между активным элементом и регистратором (здесь расстояние 1 понимается в дифракционном, а не геометрическом смысле 1 " "10 + 2Q

6Г

+ — — — где 1 — расстояние от актив69 . О ного элемента до линзы; s - расстояние между линзой и регистратором; г— фокусное расстояние линзы), опреде-25 ляют расстояние 1, при котором контраст регистрируемой интерференционной картины максимален. Размер оптических неоднородностей а в исследуемом аКтивном элементе рассчитывают по формуле

Гь1 а Ф

25 !!9 где 3 — длина волны излучения. 35

При прохождении через исследуемый активный элемент с оптическими неоднородностями коллимированного лазерного излучения формируется картина интерференции невозмущенной коллимированной составляющей светового потока и волны, рассеянной на оптических неоднородностях.

В оптической среде имеется одиночная фазовая неоднородность шарообразной формы с радиусом а. Направим ось Е в сторону распространения коллимированного пучка лазерного излучения с волновым вектором R. Для достаточно большой (по сравнению с длиной волны света ) фазовой неоднородности пучок приобретает на ней дополнительный фазовый набег g(z) (z — поперечная к оси Z радиальная .9 координата), котс рый сохраняется приближенно на всей длине образца.

Тогда распределение Е (г) напряженности электрпчес.кого вектора световой волны в выходной плоскости исследуемого образца Z--O на освещаемой апертуре может быть аппроксимировано выражением

Ч (r)

Eîl "Eо,(f+ М(г)3, (2)

ГДЕ Ч(Г}/Z=O Ц9, е

-(Я)

Здесь Е . — амплитуда электрического вектора коллимированного пучка, 1 е— набег на оси неоднородности (!Ч,l«!)

Подставляя выражение (2} в уравнение параболического приближения (3) Ч

-2k- — = 1Д Ц!

aZ решение которого для начального условия (Э) имеет вид

Ц!е а, 2 ц(г Е) — — — е 11 (4) 9 <е

1+1

Zî

Распределение интенсивности 1 (г,Е), соответствующее (2) и (4) с учетом

1 9 l(c 1 описывается выражением

1(г9z)= lE9R l= E ff+i(p -! *3 = е,! > 1 1+ ф 1 1

Ео г Е 11

6 1п (-- — )

"a Z )J (5) где * означает комплексное сопряже(! а ние и Е = ††.В плоскости данного

@ Ь

Е отсюда имеем максимум интенсивности

2ч9 —— о т. (Z)= I9, I* (i+ — — — — !

1+()2

Ее при г = О н минимум интенсивности

2ik — - a Е

ЗЕ

9 где Д!» поперечный Лапласиан; К

2Й

Л вЂ” волновое число получим урав9 нение для t!!!(z9Z) 5

1487641

6 и о выравнять характеристику чувстви2,exр(- ---)

1 т (к)=к

3Е. . тельности < пособа по неоднородностям мин . о 1+(Е/Е ) любого размера, Zo

Преимущество способа по сравнению с известными состоит в том, что допри r = а — —, 2Z полнительная информация о размерах

Контраст интерференционной карти- содержащихся в активных элементах ны как функция расстояния от исследу- оптических неоднородностей дает воземого образца Z таким образом, ра- 10 можность корректировать технологию .вен их изготовления; Способ обеспечивает одинаковую чувствительность обнаруже(g(Р(- -«2 ))

FZ ния оптических дефектов в диапазоне

K(Z)- "" "">- (6) размеров от апертуры исследуемого ак-, I +1 маркс м, 1+ () 2

Z тивйого элемента до длины волны тес о тирующего излучения.

Дифференцируя это выражение по параZ метру с = —,—, получим трансцендентное уравнение для „;- †вЂ, при коо тором достигается максимум контраста

t макс Н .1 "с/ +е — -- + — — -2d О (7) мпкс 2, 2 м«

A(«C

Численное решение (7) дает значение

Ымо = 1,25. Имея максимум, выражение (6) устанавливает связь между размером оптической неоднородности а и расстоянием 1, на котором вызванные ею возмущения тестирующего излучения наблюдаются наилучшим образом.

В том случае,. если исследуемый активный элемент содержит оптические неоднородности различных размеров а .

i) функция контраста К(Е) будет иметь несколько максимумов при соответствующих значениях Z; = 1;.

Использование операции исследования контраста интерференционной картины на различных дистанциях от активного элемента дает возможность

Формула изобретения 1 1 а = — ——

1,251Г

40. где A — длина волны излучения.

20 Способ определения размеров Оптических неоднородностей твердотельных сред, включающий облучение исследуе мбго образца, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувстви25 тельности способа, облучение образца производят коллимированным лазерным излучением, рассеянное íà оптнческих неоднородностях исследуемого образца излучение совмещают с

30 исходным лазерным пучком и регистрируют контраст полученной при этом интерференционной картины, изменяют расстояние между исследуемым образцом и регистраторшам до величины 1

35 соотв ет ствующей максимальному значе- нию контраста, и определяют размер а оптической неоднородности из соотношения

1487б41

Составитель С. Голубев

Редактор Г,Иоэжечкова Техред Л.Олийнык Корректор Н ° Король

Заказ 791 Тираж Подписное

ЗНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ .СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4)5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101