Способ измерения длительности светового импульса

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СВЕТОВОГО ИМПУЛЬСА при осуществлении которого световой импульс делят пополам по интенсивности полученные световые сигналы направляют встречно на линейный одноосный кристалл, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа измерений полученные световые сигналы на нелинейный одноосный кристалл направляют под острым углом Ч друг к другу, биссектриса которого перпендикулярна оптической оси кристалла, лежащей в плоскости осей световых пучков, а измерения длительности светового импульса t осуществляют путем измерения осей поперечного сечения излучения второй гармоники по формуле: --АН, Н; , д 4ТП.В 1-1ПЛЮ sin4 i где А 4 arccos 4lff СЛ MAT пЛА|2) и n (A) показатели преломления одноосного кристалла для необыкновенной и обыкновенной волн на длинах волн All и А ,соответственно; иЛХ) групповая скорость обыкновенной волны; Н, и Н малая и большая оси эллипса.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5)) 4 С 02 В 27/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где А=

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2668354/18-25 (22) 19.06. 78 (31) МА-2887 (32) 27.06.77 (33) BHP (46) 30.05.86 ° Бюл. 9 20 (71) Институт физических исследований АН Армянской ССР, Центральный институт физических исследований

АН ВНР и Исследовательская лаборатория по кристаллофизике АН BHP (72) P.Í. Гюэалян и иностранцы

3. Хорват, Г. Корради и Й. Янски (BHP) (53) 535.242(088.8) (56) Бредли Д. и др."Измерение ультракоротких импульсов, "Труды института рддиоинженеров". "Мир", т. 62, У 3, март 1974, с. 37.

Бредли Д.и др ° Измерение ультракоротких импульсов", "Труды института радиоинженеров", "Мир", т. 62, 9 3, март 1974, с. 49. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СВЕТОВОГО ИМПУЛЬСА при осуществлении которого световой импульс делят пополам по интенсивности1 полученные световые сигналы направляют встречно на линейный одноосный кристалл, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа измерений полученные световые сигналы на нелинейный одноосный кристалл направляют под острым углом друг к другу, биссектриса которого перпендикулярна оптической оси кристалла, лежащей в плоскости осей световых пучков, а измерения длительности светового импульса . осуществляют путем измерения осей поперечного сечения излучения второй гармоники по формуле:

AH Н»

Н» — ВН х»

12 sin+I

° l

Л, В = 1-(п, (j) singy е п (А )

arccos и, С: п (Aji) и п (Л) — показатели преломления одноосного крис- Я талла для необыкновенной и обыкновенной волн на длинах волн h(e и,соответственно;

U () — групповая скорость обыкновенной волны;

Н и Н „- малая и большая оси эллипса.

772392

Изобретение относится к лазерной технике и может быть применено в измерениях характеристик световых импульсов.

Известен способ измерения длитель- 5 ности световых импульсов, основанный на использовании стрик-камеры, позволяет измерять длительности световых импульсов с точностью до 0; 1 пикосекунды (0,1 пс). 1О

В этом способе импуЛьс, испускаемый лазером, попадает на фотокатод с задержкой по отношению к эапускающему электронную систему стрик-камеры импульсу. Вылетающие с фотокатода IS

I этой камеры электроды отклоняются в быстром электрическом поле и регистрируются на ее экране ° Слабость возникающего сигнала, обусловленная большой скоростью развертки, выэыва- 20 ет необходимость использования трехступенчатого усилителя изображения, чтобы получать картины, пригодные для визуального и фотографического анализа. Электрические и оптические требования к этому прибору черезвычайно высокие, в связи с чем высока и стоимость этого прибора.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению яв- 3D ляется способ измерения длительности световых импульсов, основанный на том, что световой импульс десят пополам по интенсивности, полученные импульсы направляют встречно на нели- З5 нейный однососный кристалл.

Измеряя длину яркого участка траектории, образующегося в местах встречи двух противоположно направленных импульсов, вычисляют их дли- 4р тельность.

Недостаток известного способа— его низкая точность, так. как интенсивность измеряемого оптического сигнала весьма низкая. 45

Целью изобретения является упрощение способа измерения.

Это достигается тем, что полученные световые сигналы направляют на нелинейный одноосный кристалл под Sp острым углом друг к другу, биссектриса которого перпендикулярна оптической оси кристалла, лежащей в плоскости осей световых пучков, а измерение длительности о светового импуль- са осуществляют путем измерения осей эллипсовидного поперечного сечения излучения второй гармоники по формуле лн, н

Нг — ВН г к кс . sin +f2 . ГлГ

tn (h))г sin /, и (Ь) 2 arccos и, П (4/g) и п,(Д) — показатели преломления, одноосного кристалла для необыкновенной волны и обыкновенной волны на длинах волн,1 и соответственно;

U.(P) — групповая скорость обыкновенной волны;

Н и Нк — малая и большая оси эллипса.

Благодаря использованию одноосного нелинейного кристалла генерации гармоники исключается фоновое излучение до уровня 10 от максимальной интенсивности гармоники, что и обеспечивает существенное увеличение точности измерений.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — поперечное сечение светового пучка.

Предлагаемое устройство содержит источник 1 ультракоротких световых импульсов (лазер). расширитель 2 светового пучка, поляризатор 3, полупрозначное зеркало 4, служащее для разделения пучка на два 5 и 6 отражающие зеркала 7, одноосный нелинейный кристалл 8, оптическая ось которого лежит в плоскости распространения лучей, биссектриса 9, экран 10, служащий для визуального или фотографического анализа. Вместо экрана может быть устройство содержащее последовательно соединенные фотоприемник 11, ЭВИ 12, дисплей 13, служащий для вывода искомой информации в цифровом виде.

Измеряемый импульс света от лазера 1 проходит через расширитель 2 пучка, поляризатор 3, с поляризацией перпендикулярной плоскости распространения лучей. Свет, пройдя через поляризатор 3, направляется на полупрозрачное зеркало 4, которое разделяет световой пучок на два других 5 и 6. Разделенные пучки после отражений от зеркал направляются на одно772392

Г2 sin<2 г Де А — ц- Д— вьппе. осный нелинейный кристалл 8. В результате взаимодействия разделенных пучков 5 и 6 с кристаллом 8 в области их взаимного перекрытия возникает

1 излучение гармоники в направлении 5 биссектрисы 9 угла . Форма поперечного сечения возникающей гармоники эллиптическая. Излучение гармоники направляются на экран 10 для визуального или фотографического анализа.

Информация может быть получена и в цифровой форме, если излучение гармоники направить на двумерную фотоэлектронную матрицу, которая измерит размеры осей эллипса, а 3ВМ 12 проведет вычисления и искомая длительность измеряемого импульса появится на дисплее 13. Величина угла определяется с помощью формулы: и (Й2) 20

2 arccos и h где п и. и — показатели преломления о д кристалла для необыкновенной и обыкновенной волн на длинах волн соот25 ветственно Я и A

При использовании экрана измерения длительности осуществляют по эллипсу с использованием формулы, указанной

Измеряются оси (см. фиг. 2) эллипса на уровне 1/е. от максимальной интенсивности гармоники и вычисляется длительность измеряемого импульса с помощью формулы

B = 1- f n (Л )) з1п ; п (A) — показатель преломления одноо осного кристалла для обыкновенной волны с длиной Л, И.(3) — групповая скорость обыкновенной волны с длиной в одноосном кристалле.

Эффективность способа проверена выполнением конкретного измерения длительности ультракороткого светового импульса лазера на неодимовом стекле с помощью устройства, содержащего одноосный нелинейный кристалл йодата лития, генерирующий вторую гармонику.

Измерения показали высокую эффективность настоящего изобретения.

772392

Составитель М. Дедловский

Редактор П. Горькова Техред О.Гортвай Корректор В. Бутяга

Заказ 2996/3 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/3

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4