Способ определения контраста интерференционного поля

 

Изобретение откосится к оптическим измерениям и может быть использовано для определения степени когерентности излучения различных лазерных источников света, а также для определения контраста интерференционно-голографических структур в схемах для регистрации голограмм. Цель - упрощение и расширение спектральной области применения способа. Способ состоит в регистрации интерференционной картины на светочувствительном материале. В качестве светочувствительного материала используют материал, обладающий скачкообразным изменением пропускания или отражения под действием излучения . Измеряют усредненную по площади плотность энергии Ic« исследуемого интерференционного поля, освещают зарегистрированную интерференционную картину и определяют величину усредненного по площади коэффициента пропускания Т или отражения R, а искомый контраст, находят из зависимостей Р (Inop/ cp O/cos/iT(T- -Т,,)/ - Т0) или Р (1„ор/1ср - 1)/cosff(R - R0)(R, - R0), где I pop - плотность энергии излучения, при которой происходит скачкообразное изменение коэффициента пропускания от То до Т, или коэффициента отражения от R0 до R, TO - исходный коэффициент пропускания, Т, - конечный коэффициент пропускания , RO - исходный коэффициент отражения , R - конечный коэффициент отражения. 7 ил. с е (Л О5 сл 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4712922/25 (22) 03.07.89 (46) 23.06.91. Бюл. Р 23 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) И.ИеКомиссарова, Г.В.Островская, Ю.И.Островский, В.Н.Филиппсв и Е.H.Íåäîâà (53) 772.88(088.8) (56) Дрейден Г.В. и др. Оптика и спектроскопия. — 1972, т,32, вып.2, с.367-372.

Островский 10.И. Голография и ее применение. — Л.: Наука, 1973, с.97. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТРАСТА

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для определения степени когерентности излучения различных лазерных источников света, а также для определения контраста интерференционно-голографических структур в схемах для регистрации голограмм.

Цель — упрощение и расширение спектральной области применения способа.

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для определения степени коьерентности излучения различных лазерных источников света, а также для определения контраста интерференционно-голографических структур в схемах для регистрации голограмм. (5))»I G 01 1 в 21/45 G 01 J 9/02 G 03 Н 1/00

Способ состоит в регистрации интерференционной картины на светочув- ствительном материале. В качестве светочувствительного материала используют материал, обладающий скачкообразным изменением пропускания или отражения под действием излучения. Измеряют усредненную по площади плотность энергии I исследуемого интерференционного поля, освенают зарегистрированную интерференционную картину и определяют величину усредненного по площади коэффици-. ента нропускания Т или отражения

R, а искомыи контраст находят из зависимостей Р = (I п0 /х <1)- 1) /cos и (T- I

-"-с ) /(» o) или P = (I no /Ic p

1)/сов и (R — R )(Ri — Кв), где (/)

/е

P — плотность энергии излучения, при которой происходит скачкообразное изменение коэффициента пропускания от Т р до Т» или коэффициента отражения от Ro до R»,,Т0 — ис- и а ходный коэффициент пропускания, ©Ъ

Т» — конечный коэффициент пропуска- (д ния, R р — исходный коэффициент от- р ражения, R » — конечный коэффициент вр отражения. 7 ил.

4:ь

Цель изобретения — упрощение и расширение спектральной области применения способа.

На фиг.1 схематически представлена зависимость коэффициентов пропускания Т; на фиг.2 — отражения R от плотности энергии I,для материала, скачкообразно изменяющего эти харак1658041

I I (1 + р cos 2и — -) (1) ср d где d — период интерференционной картины; х — координата.

Величина I t представляет собой усредненную по площади плотность энергии н интерференционном поле.

Соответствующее распределение плот50 ности энергии показано на фиг.3, где

?„, Трр (1 + Р) и Ip<< Ес (1 T).

В тех участках интерференцион ной картины,где 1 > I „> для данного ( матсриала, происходит скачкообразное

55 изменение его пропускания или отражения. Распределение пропускания в эа регистрированной интерференционной терпстики под действием излучения (порогового материала); на фиг.3 — распределение плотности энергии в интерференционном поле; на фиг.4 — распределение пропускания порогового материала, на котором зарегистрирована интерференционная картина;на фиг.5— схема экспериментальной установки для конкретной реализации способа, 10 где 1 — CO -с:азер, 2 — снетоделитепьная германиеная пластина, 3 — плоское зеркало, 4 н 5 — ногнутые зеркала, 7 — светочувствительный материал, 7 — Ие-Ne-лазер, 8 — линза, 15

9 — фотодиод, 10 — гальванометр; на фиг.6 и 7 — микрофотографии фрагмен- та интерференционной картины, зарегистриронанной на полупрозрачной алюмпниронанной стеклянной пластине, при различных значениях плотности энергии.

Как видно из фиг.1 и 2 при I I „

IT Tp H R = Rp a Ply I O I „p) т- т, ив-к,. . 25

Таким материалом являются, например, тонкие металлические слои, нанесенные «а стеклянную подложку. При .их облучении. световым пучком с плотностью энергии, превышающей 1 но происходит испарение металлического . слоя, приводящее к скачкообразному изменению коэффициентов пропускания и отражения.

Светочувствительный материал, обладающий пороговыми свойстнами, подвергают воздействию исследуемого интерференционного поля, распределение интенсивности н котором описывается выражением картине имеет вид, представленный на фиг.4.

Очевидно, что I Is „при эначе-.

НННх x =Й 2, т ° B д у и п Тср (1 + P cos g ) Далее записанную на пороговом материале йнтерференционную картину освещают пучком света, диаметр сечения которого много больше периода интерференционной картины, и определяют усредненный по ее ппощади коэффициент пропускания Т (или отрашения

R) равный отношению интенсивности прошедшего (или отрашенного) пучка к интенсивности падающего пучка. Нетрудно показать, что усредненные значения Т и R связаны с шириной светлых и темных полос соотношениями

Т=Т (1- — -) +Т (3) а а о а d 1

R=R (1- — -) +R ° (4) а а

О d t d

Находя иэ вырашений (3) и (4) значеа ния — — и подставляя его в вырашение

d (2), получают

+ P cosN — — — ) (5) р. Т вЂ” Та т,-т, l

n R-R

Р совн ††-х) (6)

R- R о пор ср (1 н

I„ (1

Найдя P из формул (5) и (6), получают расчетные формулы для определения контраста

Р ню и е 1

> т — тф

COSII() Tl T0 (7) (8) coss (- — ) > R-R

R,-Rs

Соотношения 7 и 8, дающие простую и однозначную связь мешду контрастом интерференционного поля и пропусканием (или отрахением) зарегистрированной интерференционной картины,выполня ются именно дпя случая регистрации на материале, скачкообразно изменяю16 )!80

35

d Tp+ Т, При этом Т = †††-1

2 ? (или

Ro+ P<

R = --- — --) . Плотность энергии, при

40 которой зарегистрирована эта картина, соответствует Х ло . 1то следует из формул 5 и 6, в,-отпрых при указанных соотношениях для Т. Т и

Т1 (или R, Р.о и R<) будет выполнятьсЯ Равенство поГ = If.II независимо от значения контраста. Величины 0 -« "" 11 " () H I IIPP характеристиками данного порогового

МатЕрлаЛа И ПОВтсрНОГО ИХ ИЗМерЕния при каждом акте определения контраста интерференционного поля не требуется. Таким образом, для измерения контраста интерференциоппого вопя необходимо зарегистрировать интерфереиционную картину на материале, обладающем скачкообразным изменением коэффициента пропускания или отражения, измерить у редненную по Il.frofnapf1

50

55 щем оптические характеристп«;1 и действием излучения. Как извесfkf случае работы на линейном учлет«е ларактеристической кривой свето 1унст11и5, тельного материала ycpepkfelf!Inf o по площади интерференционной картп и прппускание Т пропорционально величине

I e и совсем не зависит от контраста интерференционного поля. 10

Для расчета контраста по формулам

7 и 8, кроме измеренного значения Т (или R), соответствующег . определенному значению I, необходимо также знать То, Ti (или P о, Rr) " I пор если они неизвестны из литературных данньп, тo GIIH легко могут быть 113kffрены. В частности, величины Т и Т 1 (R и Р<) находят путем непосредственного измерения коэффициента про- 20 пускания (или отражения) материала цо его облучения (Т1 и P ) и после облучения однородным полем при плотности энергии большей I

Что касается величины ?Пар, то для 25 ее измерения можно, напри111ер, Ifoqfвергнуть материал интерференцион..ой засветке при значениях плотчости энергии I ., Ilare опльших, так и меньши

Из совокупности зарегистрированных интерференционных картин выделяют ту, на которой ширина светлых и темных поло= одинаковая, т.е. а

1 ь

f l, oo, ifLР1 111f Т СР 111 <,леДУе 1ого и1 1е;Л: ленни, 1н т л<о1 1, и 1ер11ть у ра,",11еtffffrlf пп площади пнтерферограм1

1п1 «oэ1,ф .циент пролус1 лния (или пт— раз н f! I.,) 11 ра г c«ifva т1: пс. ь о111.1й «oifтfi:fc r пп формулам 7 и Я.

В известном способе измеряются ло«альн11е х 1рактеристи«и пнтерференцио11нпй «арт1 пы, чтс существенно ограни11пвает его при11ене1не в случае гll терференционных полей в«1сп«пй прос1ранственной частоты. В предлагаем:< способе измеряют усредненные по большой площади характеристики интерференционной картины и плотности энергии поля, что приводит к существенному упрощению как методики измеpGnIfI», так и используемой аппаратуры.

:ikfoIIfe материалы, такие, как мет11ллизированные слои, скачкообразно ..зменяют свое пропускание (отражение) вследствие нагрева падающим пзлучен1 ем. Такие материалы практически

ffecелективны и могут работать в шир 7«ofI спектральном диапазоне от ультрафиолетовой до далевой инфракрасной областей спектра. В этом случае ..,oñ.-.игается еще и .-.ущественное расширение спектрального диапазона его пр1 менимости.

Предлагаемый способ применялся для измерения контраста интерференционно-голографических структур при исследовании процесса записи гологра1;м в ИК-диапазоне.

Пример. В качестве порогово- го материал;. используют полупрозрачное алюминированное зеркало с исходными коэффициентами пропускания

Т„ =- 50И и отражения Ro = 45 . Оптическая схема показана на фпг.5. Исто .ником света для создания интерференционно-голографических структур является импульсный СО -лазер 1, излучение которого на длине волны

10,6 мкм с помощью германиевой пластины 2 делится на два пучка. Плоским зеркалом 3 и вогнутыми зеркалами 4 и 5 модовая структура пучков совмещается в плоскости регистрации голограммы. Для определения контраста интерференционно-голографической структуры в ту же плоскость помещают светочувствительный материал 6— полупрозрачное алюминированное зеркало, на поверхности которого регистрируют интерференционно-голографи1 658041

35 ческую структуру. Ее частота

12 лин/мм.

Пля определения порогового значения плотности энергии ?про материал подвергают последовательно ин5 терференционной засветке восемью лазерными импульсами с плотностью энергии I, в диапазоне 0,1-0,8 Дк/

/см . Измерение Х zp осуществляется с помощью измерителя энергии и мощности лазерного излучения ИИ0-2Н.

Hs совокупности зарегистрированных интерференционных картин выделяют ту, у которой юирина светлых и темных полос одинаковая. Плотность энергии, при которой зарегистрирована эта картина, и является пороговой и в этом случае составляет 0,2 Ди/см..

ПРи данном значении ? со пор 20

0,2 Дщ/см происходит скачкообраза ное изменение коэффициента пропускания от То 50Z до Т 1 95Х и коэффициента отражения от Ro 45l и

К 43. 25 . В качестве примера на фиг.б g 7 представлены фотографии микроструктуры интерференционной картины, зарегистрированной на данном материале при значениях плотности энергии 30

I ep I tsoo О, 2 P/ñì (см. фиг. 6) и

? - 0,36 Диlсм (см.фиг.7).

После регистрации одна as интерференционных картин -освещается пучком Не-Ne-лазера 7. Например, выбирают картину, зарегистрированную при Iq 0,36 Дк/см . С помощъю и люФвы а все иифрагиреванные на интерференционной картине пучки на4р правляются на фотодиод К-19 9, фото- 40 ток которого измеряется галъванометром 10. Определяется усредненный по площади коэффициент пропускания Т, для чего измеряется интенсивность падающего и проюедиего чеРез интер- 45 ференционную картину лазерного пучка. Для определения усредненного по площади коэффициента отражения P интерференциоиная картина освещается пучком Не-Ne-лазера со стороны от50 .раздающего слоя и измеряется интенсивность падающего и отрааенного излучений.

Для интерферограммы, показанной на фиг.7, коэффициент пропускания Т ив

833, а коэффициент отражения R

15Z. Подставив значения Т 83Х °

То 503 ° T(95K и пор Ор2 Дк/см в формулу 7, получают для контраста величину P = 0,7. Подставив значения

15"" Ro = 50Х Н1 4 ? по

0,2 Дп/см в формулу 8, получают для контраста ту s»e величину P 0,7.

Таким образом, с помощью предлагаемого способа определен контраст интерференционного поля в ИК-области спектра, при этом существенно упрощена как процедура измерения контраста, так и применяемая аппаратура.

Предлагаемый способ моиет быть использован для определения степени когерентности лазерного излучения,в когерентной оптике и голографии.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ определения контраста интерференционного поля, заключающийся в регистрации интерференционного поля на светочувствительном материале, измерении плотности энергии излучения, отличающийся тем,. что, с целью упрощения и расаирения спектральной области применения способа, в качестве светочувствительного материала используют материал, обладающий скачкообразным изменением пропускания или отражения под действием излучения, измеряют усредненную по площади плотность энергии I исследуемого интерференционного поля, освещают зарегистрированную интерференционную картину и определяют величину усредненного по площади коэффициента пропускания Т или отражения Е, а искомый контраст находят из зависимостей

Г

I ao

Ie ва т-то сов » (— -)

То или

2Н р. »Е

СО8» (— )

0 где I по .- плотность энергии излучения, при которой происходит скачкообразное изменение коэффициента пронускания от Т до Тф или коэффициента отрааения от Ro до Е1, Т вЂ” коэффициент пропускания о до облучения материала однородным полем при плотности энергии больией ? рро, 1658041 коэффициент пропускания после облучения; — коэффициент отражения до облучения материала однородныи полем прн плотности энергии, большей Т пор

R — коэффициент отражения ! после облучения.

1658041 а о щ ug ою о оо оо(ю )

4Ьг.б

Фиг7

Составитель Е.Дорофеева

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Редактор Т.Иванова

Заказ 2431 Тирак 420 Подписное

ВНИИПИ 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