Способ определения пространственновременных характеристик когерентного оптического излучения
Союз Советскнк
Социалистических
Республмм
ОП И
ИЗОБРЕТЕНИЯ
<п683483
К АВТОРСКОМУ С ИЗЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 28.07. 75 (21) 2158989/18-25 (53)М. Кл.
Н 01 5 3/00 с присоединением заявки HP
Государственный комитет
СССР во делам изобретений н открытий (23) Приоритет
Опубликовано 300481. бюллетень ИЯ 16.
Дата опубликования описания 300481 (53) УДК 521. 375. .8{088.8) (72) Авторы изобретения
A.Ì.Áàðäþêîâ, М.Э.Берг и М.Я.Варшавский (УЦ Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОГЕРЕНТНОГО
ОПТИЧЕСКОГО ИЭЛУЧЕНИЯ, Изобретение относится к области оптико-физических измерений, в части определения пространственно временных характеристик когерентного оптического излучения.
Известен способ определения пространственно-временных характеристик когерентного оптического излучения, основанный на принципах голограФия ®
Pl). Метод голографии позволяет определить как энергетические, так и фаэовые характеристики исследуемого излучения.
Недостатком известного способа является недостаточная информативность за счет косвенного характера определения фазового распределения исследуемого излучения и ограниченный динамический диапазон однозначного определения фазового распределения (О -ф ), ®
Кр6Ме того, в известном способе необходимо опорное излучение с кэвестньва амплитудно-фазовыч распределителем, когеренткое с исследуемьве.
Также известен способ определения пространственно-временных характеристик когерентного оптического излуче-. ния, являющийся наиболее близким к предлагаемому включающий операции последовательно обзора с помощью ска- 30 нирующей диафрагмы исследуемых участков излучения вдоль выбранной траектории с последующим преобразованием полученной информацкк- в электрические сигналы P2).
Недостатком этого способа является малая информация о характеристиках исследуемого излучения за счет отсутствия определения фазового распределения исследуемого излучения.
Цель изобретения - увеличение информации о характеристиках исследу-, емого эа счет определения фазового распределения исследуемого излучения вдоль траектории сканирования в широком динамическом диапазоне.
Это достигается за счет, того, что в процессе непрерывного сканирования преобразуют угол между направлением распространения выходящего кз диафрагмьт излучения и нормально к траектории сканирования в данной точке траектории в смещение светового пятна, затем преобразуют проекцию смещения светового пятна на траекторию сканирования в электрический сигнал и, интегрируя электрический сигнал по путн сканирования, определяют по величине проинтегрированиого сигнала упомянутую характеристику — фазовое распределе683483 ние исследуемого излучения вдоль траектории сканирования. Кроме того, с целью упрощения аппаратурной реализации, скорость сканирования выбирают постоянной.
На чертеже показана схема, поясняющая предлагаемый способ.
На схеме изображены исследуемый пучок 1 когерентного излучения, сканирующая диафрагма 2, волновой фронт 3 исследуемого пучка, объектив 4,экран
5, оси координат Х,У,2, нормаль и к траектории сканирования нормаль п к
Волновому фронту в каждой точке траектории сканирования, проекция смещения h.Õ светового пятна на траекторию сканирования (ось Х ). 15
Способ осуществляют следующим образом.
Исследуемый пучок 1 когерентного оптического излуч ния, распространяющийся вдоль оси 7 и имеющий фаэовое щ распределение Р (Х,У), в плоскости
Х,У непрерывно сканируют вдоль траектории, совпадающей с осью Х диафрагмой
2, размер которой на порядок меньше, чем диаметр пучка. В рассматриваемом примере расходимость пучка настолько мала, что его можно считать квазипараллельным. При этом волновой фронт (поверхность равной Фазы) 3 исследуемого пучка излучение может быть выражен через фазовое распределение 30
F(X Y) известной формулой х(Х,Y) - — (Х,Ч)+о, (1) где С вЂ” произвольная постоянная.
Известно, что оптическое излучение распространяется в пространстве по нормали к волновому фронту в любой его точке. При установке на пути распределения излучения диафрагмы в ви- 40 де отверстия в непрозрачном экране часть излучения, прошедшая через диафрагму, будет распространяться по нормали к волйовому фронту в месте установки диафрагмы. Точнее, по этому направлению будет распространяться центр тяжести энергетического распределения в поперечном сечении дифрагировавшего на диафрагме пучка. Такая зависимость сохраняется, по крайней мере, до величины диафрагмы не меньшей, чем В /10.
Также известно, что угол между направлением распространения излучения,.прошедшего через диафрагму и выбранной осью в пространстве можно преобразовать в смещение пятна от этого излучения на экране относительно точки пересечения выбранной оси экраном. Однако, челичина смещения светового пятна, которая может быть фф сделана произвольной путем выбора точки отсчета, сама по себе не несет достаточной информации для определения фазового распределения вдоль произвольной траектории в пространстве. $$
Такая информация может быть получена только путем сканирования по выбранной траектории с известным расположением нормали в пространстве за счет нахождения-проекции на траекторию сканирования величины смещения светового пятна, пропорционально углу между направлением нормали к траектории сканирования и направлением распространения излучения, выходящего из диафрагмы к данной точке траектории сканирования. Величина этой проекции пропорциональна производной от фазового распределения вдоль траектории сканирования.
В процессе непрерывного сканирования в каждой точке траектории (например в точке O ) преобразую;с угол между излучением, прошедиим через диафрагму 2 и совпадающим по направлению с нормалью и к вол.новому фронту 3 в точке о, и. нормалью и к траектории сканиро " вания в смещение светового,." ни .,,,;.-, на на экране 5, располагаем.ное.":;"- ; . в фокальной плоскости "объективa
4, с помощью которого и-осуществляют указанное преобразование. Оптическая ось объектива 4 совпадает в прост« ранстве с нормалью к траектории сканирования. Проекция смещения kX светового пятна на экране 5 на траекторию сканирования (осью х) в некотором масштабе К, зависящем от фокусного расстояния объектива 4, пропор« циональна производной по Х от функции (1), олисываккцей волновой фронт исследуемого излучения, то есть
BZ.
ЬМ= К â€” ) дХ
Преобразуй с помощью координатночувствительного устройства (не пока» зано на чертеже) величину ь r{ в электрический сигнал в процессе непрерывного сканироваиий и интегрируя этот сигнал по пути х, получают электрический сигнал U пропорциональный " (Х) фазовому распределению вдоль оси Х ()=f — dxiiu (õ) с, 8Х
1 где К вЂ” коэффициент пропорциональ-. ности. дх
Если скорость сканирования V= постоянна, то становится возможным интегрирование по времени, так как в этом случае
U -) — сн= ч к J = d<
6x i д2 аХ а
Использование данного.изобретения увеличивает информацию о характеристиках исследуемого излучения, позволяет получать информацию о фазовом распределении в прямом виде, повышает достоверность получаемой информации
683483
Формула изобретения
Составитель В.Титова
Редактор Л.Письман Техред А. Мигунова Корректор В.Вутяга
Заказ 5758/38 Тираж 634 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035,Москва,й-35,Раущская иаб.,д.4/5
Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4 за счет расширения динамического диапазона однозначного определения фазового распределения и исключает необходимость в опорном излучении со стабильным волновым фронтом заранее известной конфигурации. 5
1. Способ определения пространственно-временных характеристик когерентного оптического излучения, включающий операции последовательного обзора с помощью сканирующей диафрагмы исследуемых участков излучения вдоль выбранной траектории с последующим преобразованием полученной 3$ информации в электрические сигналы, отличающийся тем, что, с целью увеличения информации о характеристиках исследуемого излучения за .счет определения фазового распреде- 2О ления этого излучения вдоль траектории сканирования в широком динамическом диапазоне, в процессе непрерывного сканирования преобразуют угол между направлением распространения выходящего иэ диафрагмы излучения и нормалью к траектории сканирования в данной точке траектории в смещение светового пятна, затем преобразуют проекцию смещения светового пятна на траекторию сканирования в электрический сигнал -и, интегрируя электрический сигнал по пути сканирования, определяют по величине проинтегриро« ванного сигнала упомянутую характеристику — фазовое распределение исследуемого излучения вдоль траектории сканирования.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся .т ем, что, с целью упрощения аппаратурной реализации скорость сканирования выбирают постоянной, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Миямото Т. и Ясуура К. Измерение параметров и расходимости лазерного пучка. Keno дайгаку когаку сюхо 1968, т,41 В 4, -c 692, (lIep. 73/8301013 ГПНТБ)
2. Липовский Н.М., Розанов Т.Г., Сурменко Л.А. Метод измерения распределения интенсивности излучения в фокальном пятне оптического квантового генератора . ПТЭ, 9 4, 1974 с.159 (прототип) .
