Способ определения корреляционной функции лазерного излучения и устройство для его осуществления

 

О П И С А Н И Е (п)9213О4

ИЗОБРЕТЕМ ИЯ ьоИЗ COBGTCKNX

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.08.80 (21) 2977856/18-25 с присоединением заявки № (51) М. Кл.

G 01В 9/02 (43) Опубликовано 15.10.82. Бюллетень № 38 (53) УДК 535.411 (088.8) ло делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 15.10.82 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ

ФУНКЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ГосударстВенный комитет (23) П

Приоритет

Изобретение относится к оптико-интерференционным средствам измерений и может быть использовано для определения корреляционных функций лазерных пучков, а также шумовых характеристик излучения лазеров.

Известны способы определения корреляционных функций лазерного излучения, основанные на подаче излучения в интерферометр и построении корреляционных функций по результатам измерений огибающей максимумов интерференционной картины на его выходе (1).

Недостатком этих способов является низкая помехоустойчивость измерений и большая длительность определения корреляционных функций.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения корреляционной функции лазерного излучения, основанный на пространственном разделении световых пучков и их последующей интерференции (2). В этом способе исследуемый световой поток разделяют полупрозрачным зеркалом на два пучка равной интенсивности, отражают их назад двумя непрозрачными зеркалами и измеряют интенсивность в одном из направлений распространения волн, интерферирующих на полупрозрачном зеркале. Интенсивность 1 зависит от разности хода Л1 следующим образом:

1 = — (1+ F (И) cos (2йИ), (1) 5 где: 1с — интенсивность в максимуме интерференционной полосы, F (Л1) — искомая корреляционная функция, Й вЂ” волновое число света.

jo Способ осуществляется устройством, содержащем интер феро метр с полупрозрачным зеркалом и двумя отражателями, один из которых выполнен с возможностью перемещения и поворота вокруг оптической

15 оси.

Указанный способ в силу специфики получения интерференционной картины от исследуемого излучения не позволяет непосредственно анализировать световые пучки с произвольной пространственной структурой, поскольку волны с неоднородным распределением фазы, складываясь на полупрозрачном зеркале, образуют нерегулярную интерференционную картину, состоящую из хаотически расположенных светлых и темных пятен, размер и положение которых меняются в зависимости от разности хода волн.

Целью изобретения является непосредственное определение корреляционной функ921304

15 ции лазерного излучения с произвольной пространственной структурой световых пучков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения корреляционной функции лазерного излучения, основанном на пространственном разделении световых пучков и их последующей интерференции, световые пучки направляют на отражатель, обращающий волновой фронт, с получением полного перекрытия световых пучков в его объеме и измеряют отношение энергии в одном из направлений распространения интерферирующих волн к полной энергии, отраженной от обращающего отражателя в зависимости от разности хода пучков.

Такой способ может быть осуществлен .устройством новой конструкции для определения корреляционной функции лазерного излучения, содержащим интерферометр с полупрозрачным зеркалом и двумя отражателями, один из которых выполнен с возможностью перемещения и поворота вокруг оптической оси.

Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ, состоит в том, что второй отражатель выполнен в виде кюветы с прозрачными окнами, заполненной нелинейной средой, и расположенных по обе стороны от нее одномодового лазера н непрозрачного зеркала, при этом нелинейная поляризация среды пропорциональна третьей степени напряженности электрического поля излучения лазера.

Функциональная схема устройства для осуществления способа изображена на черт,еже.

Устройство содержит: одномодовый лазер 1, кювету 2, нелинейную среду 3, непрозрачное зеркало 4, источник 5 исследуемого излучения, полупрозрачные зеркала

6 и 7, подвижное зеркало 8 и калориметры

9 и 10. При этом лазер 1, кювета 2 с нелинейной средой 3 и зеркало 4 образуют обращающий волновой фронт отражателя 11.

Входящие и выходящие из кюветы лучи одномодового лазера 1 обозначены соответственно через Е и Е, а аналогичные лучи исследуемого излучения обозначены соответственно через Ез, E» и Ез", Е"».

Устройство работает следующим образом.

Излучение Е лазера 1 через боковые стенки кюветы 2, нелинейную среду 3 поступает на отражательное зеркало 4 и по тому же пути возвращается в кювету 2. От источника света 5 исследуемое излучение с волновым фронтом Ез через полупрозрачные зеркала 6 и 7 подается в кювету 2 и отражается от нее, образуя волну с обращенным волновым фронтом. Эта волна оказывается комплексно сопряженной по отношению к падающей волне Ез. Использование отражателя 11 приводит к тому, 20

55 б0

4 что отраженные от кюветы 2 пучки Е» н

Е4 проходят в обратной последовательности те же оптические пути, что и падающие на нее пучки Ез и Е,". Благодаря этому на полупрозрачном зеркале 7 указанные пучки интерферируют с нулевой разностью хода и имеют совпадающие по амплитуде и фазе волновые фронты. Если исследуемое излучение монохроматично, то вся энергия попадает в калориметр 9 при любой разности хода. Этот случай соответствует корреляционной функции F (2Al) =1.

Если спектр излучения имеет конечную ши,рину и F (2hl) — -0 при Л1 — э оо, то при разности хода большей длины когерентности согласно формуле (1) энергия распределяется поровну между калориметрами 9 и 10.

Снимая показания калориметров при промежуточных значениях Л1, можно построить зависимость отношения энергии падающей в калориметр 10 к полной энергии, отраженной от кюветы 2. Это отношение совпадает с кореляционной функцией

Р(2Л1) = 21 1 — 1, где 1 — показание калориметра 9, 1 — сумма показаний калориметров 9 и 10.

Использование отражения с обращением волнового фронта в рассмотренном устройстве позволяет уменьшить количество измерений по сравнению с известным устройством, где измеряют интенсивность в точках, отстоящих друг от друга на расстоянии порядка длины волны света. В рассмотренном способе это расстояние может быть сравнимо с длиной когерентности лазерного излучения и поскольку интерференционная картина не подвержена пространственной модуляции, то отпадает необходимость при каждом измерении настраиваться на максимум интерференционной картины. Именно это свойство позволяет непосредственно измерять корреляционную функцию и существенно повысить точность измерений. Применение двух калориметров для измерения перераспределения энергии в результате интерференции позволяет устранить ошибку, связанную с нестабильностью отраженной энергии и, тем самым повысить воспроизводимость и точность измерений.

Формула изобретения

1. Способ определения корреляционной функции лазерного излучения, основанный на пространственном разделении световых пучков и их последующей интерференции, отлич ающийся тем, что, с целью непосредственного определения корреляционной функции с произвольной пространственной структурой световых пучков, световые пучки направляют на отражатель, обращающий волновой фронт, с получением полного перекрытия световых пучков в его объеме и измеряют отношение энергии в

921304 средой, и расположенных ио обе стороны от нее одномодового лазера и непрозрачного зеркала, при этом среда выбрана такон, что нелинейная поляризация среды пропорциональна третьей степени напряженности электрического поля излучения лазера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Франсон М., Сланский С. Когерентность в оптике. «Наука», Физматлит, М., 19б7, с. 41 — 43.

2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики.

«Наука», Физматлит, М., 1970, с. 331 — 337.

Составитель А. Медведев

Редактор Е. Зубнетова- Техред А. Камышникова Корректор О. Тюрина

Заказ 1654/14 Изд. № 244 Тираж 629 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 одном из направлений распространения интерферирующих волн к полнон энергии, отраженной от отражателя, обращающего волновой фронт, в зависимости от разности хода пучков.

2. Устройство для определения корреляционной функции лазерного излучения, содержащее интерферометр с полупрозрачным зеркалом и двумя отражателями, один из которых выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и поворота, отличающееся тем, что, второй отражатель выполнен в виде кюветы с прозрачными окнами, заполненной нелинейной! ! ! ! ! !

3 ! ! ! !

|, ! ! ! ! (!