Устройство для измерения нелинейности показателя преломления оптических сред

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СРЕД, содержание источник светового излучения, последовательно расположенные по ходу излучения деТТйтельную пластину, блок регистрации нелинейного изменения показателя преломления и блок регистрации формы световых импульсов, оптически связанный с делительной пластиной, отличающееся тем, что, с целью повы шения производительности измерений и снижения стоимости устройства путем упрощения его конструкции, в него введены калиброванный делитель излучения , эталонный образец, второй блок регистрации нелинейного изменения показателя преломления, причем калиброванный делитель расположен по ходу излучения после делительной пластины и оптически связан через этаф лонный образец с вторым блоком реги (Л страции нелинейного изменения прказателя преломления, блок регистрации с формы световых импульсов дополнитель но оптически связан с блоками регистрации нелинейного изменения пока- S зателя прел я4ления через линии оптической задержки, а выход блока регистрации формы световых импульсов является выходом устройства. « сд

!

11075 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (lQ) SU (|l) (5П 6 01 Н 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

l1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3512146/18-25 (22) 18 ° 11.82 (46) 30.08.84. Бюл . 9 32 (72) Г.Б.Альтшулер, Н.Р.Белашенков, В.Б.Карасев, A.Â.Îâ÷èííèêîâ и Л.М.Студеннкин (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (53) 535.24 (088 .8 ) (56) 1. Maker P.D.. Terhune R.W., Sarage С.И. Intersity dependent changes

in the refractive index of liquids

Phys. Rev. Lett ч. 12, шау 1964, Р 18, р. 507.

2. Альтшулер Г.Б. и др. Прямое измерение компонент тензора нелинейности, оптической восприимчивости, определяющих нелинейность показателя преломления оптических материалов .

Письма в ЖТФ, т. 3, вып. 11, 1977, с. 523-528 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НЕЛИНЕЙНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ СРЕД, содержащее источник светового излучения, последовательно ! расположенные по ходу излучения делйтельную пластину, блок регистрации нелинейного изменения показателя преломления и блок регистрации форьм световых импульсов, оптически связанный с делительной пластиной, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью иовы. шення производительности измерений и снижения стоимости устройства путем упрощения его конструкции, в него введены калиброванный делитель излучения, эталонный образец, второй блок регистрации нелинейного изменения показателя преломления, причем калиброванный делитель расположен по ходу излучения после делительной пластины и оптически связан через эта- @ лонный образец с вторым блоком регистрации нелинейного изменения прказателя преломления, блок регистрации формы световых импульсов дополнитель + но оптически связан с блоками региФ страции нелинейного изменения пока- Ф зателя преломления через линии оптической задержки, а выход блока реги- Ы страции формы световых импульсов является выходом устройства.

Вшш

В

Вшш

1111075

Изобретение относится к технике измерений физических свойств вещест- ва и может быть использовано при стекловарении для аттестации оптических свойств материалов на коэффициент нелинейного показателя прелом5 ления;(КНПП) .

Известно устройство для измере,ния нелинейности показателя преломления оптических сред, содержащее последовательно расположенные источник мощного светового излучения, блок регистрации поперечного распределения излучения, исследуемый образец, поляризатор Рошона и два фотоприемника, оптически с ним соединен- 15 ные. Измерения проводятся на основе явления самовращения эллипса поляризации и осуществляются путем соотношения сигналов, поступающих с фотоприемников 411. 20

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и высокая трудоемкость измерений, нелиней. ности показателя преломления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения нелинейности показателя преломления оптических сред, содержащее источник светового излучения и последовательно располо- 30 женные по ходу излучения делительную пластину, блок регистрации нелинейного изменения показателя преломления и блок регистрации формы световых импульсов, оптически связанный с 35 делительной пластиной.

Блок регистрации нелинейного изменения показателя преломления содер- жит последовательно расположенную фазовую пластину и поляризатор, а блок регистрации формы световых импульсов представляет собой коакси- . альные фотоэлементы.

Кроме того, в устройстве имеется блок регистрации поперечного распределения излучения, содержащий, нап- 45 ример, делительную пластину и оптически соединенный с ней фотоаппарат.

Этот блок служит для контроля за пространственным распределением светового импульса, создающего нелиней- 50 ное изменение показателя преломления в исследуемом образце L 21.

Низкая производительность измерений и высокая стоимость {сложность конструкции) данного устройства обусловлены наличием блока регистрации поперечного распределения излучения, включающего фотоаппарат и приводящего к делительному процессу обработки 60 результатов измерений на фотопленке.

Цель изобретения - повышение производительности измерений и снижение стоимости устройства путем упрощения его конструкции. 65

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения нелинейности показателя преломления оптических сред, содержащем источник светового излучения и последовательно расположенные по ходу излучения делительную пластину, блок регистрации нелинейного изменения показателя преломления (НИПП, блок регистрации формы световых импульсов, оптически связанный с делительной пластиной, введены калиброванный делитель излучения, эталонный образец, второй блок регистрации НИПП, причем калиброванный делитель расположен по ходу излучения после делительной пластины и оптически соединен через эталонный образец с вторым блоком регистрации

НИПП, блок регистрации формы световых импульсов дополнительно оптически связан с блоками регистрации НИПП через линии оптической задержки, а = выход блока регистрации формы свето вых импульсов является выходом устройства.

Введение в устройство калиброванного делителя излучения, эталонного образца, второго блока регистрации

НИПП и расположение их укаэанным об-. разом исключает необходимость иэмере, ния поперечного распределения мощного светового излучения.. КНПП исследуемого материала определяется путем относительных измерений. Переход от абсо» лютных измерений к относительным позволяет без снижения точности повысить их производительность. Использование одного блока регистрации световых импульсов вместо двух таких блоков, а также исключение иэ устройства блока регистрации поперечного распределения излучения при введении калиброванного делителя, эталонного образ- ца и второго блока регистрации НИПП позволяет упростить конструкцию, а следовательно, снизить стоимость устройства, так .как стоимость исключенных блоков значительно превышает стоимость вводимых элементов. Точность, измерений при этом возрастает, поскольку устраняется неконтролируемое различие передаточных функций блоков регистрации формы световых импульсов.

В качестве калиброванного делителя может быть использовано лазерное диэлектрическое зеркало с коэффициентом пропускания на рабочей;цлине волны порядка 503, поскольку лазерные диэлектрические зеркала являются наиболее удобными и распространенными делителями излучения, а значительное отступление коэффициента пропускания на рабочей длине волны .от значения 50% создает невыгодные условия для создания области НИПП в том образце, в который поступает меньшая доля энергии, так как НИПП .пропорционально интенсивности излучения.

1111075

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2.. и 3 — примеры его конкретного выполнения; на фиг. 4 — осциллограмма сигналов на выходе устройства.

Устройство содержит последовательно расположенные источник мощного светового излучения 1, делительную пластину 2, исследуемый образец 3, блок регистрации НИПП в исследуемом образце 4, а также блок 5 регистрации формы световых импульсов, оптически соединенный с делительной пластиной 2. Перед исследуемым образцом 3 помещен калиброванный делитель 6 излучения, выполненный в виде диэлектрического зеркала с коэффициентом пропускания на длине волны источника излучения порядка 50%. С калиброванным делителем 6 через эталонный образец 7 оптически соединен блок ре- QQ гистрации НИПП в эталонном образце 8.

Оптические пути от калиброванного делителя 6 до образцов равны. Требование равенства оптических путей обусловлено тем, что оно обеспечивает идентичную пространственную структуру излучения. При этом в обоих образцах формируются аналогичные

1 области НИПП, обусловленные подобными пространствами временными парамет-Зо рами излучения. Блок регистрации формы световых импульсов 5 дополнительно оптически соединен с блоком регистрации НИПП в исследуемом образце через линию оптической задержки 9 и с блоком регистрации НИПП в эталонном образце через линию оптической задержки 10. Линии оптической задержки построены с использованием лазерных днэлектрических зеркал . Оптическая длина линий задержки 9 и 10 4О выбрана таким образом, чтобы сигналы, приходящие на блок регистрации формы световых импульсов 5 от делительной пластины 2, от блока регистрации

НИПП в исследуемом образце 4 и от 45 блока регистрации НИПП в эталонном образце 8, не перекрывались во времени. Длина линий задержки полностью определяется параметрами светового излучения, а именно длительностью 5О импульса Ти, и составляет для линий оптической задержки 9 и 10 соответственно = ;„,H L = 2-С7д д, где С-— с корост ь св е та в в ак ууме .

Примером наиболее целесообразного выполнения устройства служит устройство (фиг. 2), источник мощного светового излучения 1 которого содержит лазер ОГМ-100, последовательно соединенный поляризатором 8 и фазовым элементом. Блоки регистрации НИПП 4 и .60

8 выполнены в виде поляризаторов,, при этом блок регистрации формы световых импульсов 5 представляет собой коаксиальный фотоэлемент ФК-26. Калиброванный делитель излучения б . 65 устанавливают к направлению хода из-,. лучения под углом, не превышающим

10-12 .

Устройство работает следующим образом.

Мощный световой импульс эллиптиче ски поляризованного излучения or источника измерения попадает на делительную пластину 2, часть излучения отводится при этом в блок 5 для регистрации формы светового импульса, падающего на образцы. Прошедшее делительную пластину излучение попадаег на калиброванный делитель 6, при этом часть излучения направляется на исследуемый образец 3, другая часть — на эталонный образец 7. Иэза анизотропии показателя преломления, наведенной светом, в образцах происходит поворот эллипса полязирации. Расположенные за образцами блоки регистрации НИПП 4 и 8 регистрируют угол поворота эллипса поля-„. ризации, пропорциональный КНПП.

Излучение, прошедшее блоки регистрации НИПП в образцах, через линии оптической задержки 9 и 10 попадает в блок регистрации формы световых импульсов 5. При длительности импульса ОГМ-100 порядка 3 их длина линий оптической задержки 9 и 10 составляет соответственно 1 и 2 м.

На фиг. 3 изображено устройство, в котором блоки регистрации НИПП в образцах 4 и 8 выполнены в виде границ полного внутреннего отражения, а блок регистрации формы световых импульсов 5 представляет собой, например, электроннооптическую камеру

"АГАТ-СФ".

Нелинейное изменение показателя преломления оптической среды под действием света можно записать в виде

a n =uzi+, (1) где П вЂ” коэффициент нелинейного показателя преломления оптической среды; и — амплитуда напряженности высокочастотного электрического поля.

КНПП исследуемой среды определяют из анализа форм световых импульсов, падающих на образцы и прошедших их фиг . 4Т.

На фиг. 4 кривые 11, 12 и 13 изображают формы световых импульсов соответственно падающего на образцы, прошедшего исследуемый образец, прошедшего эталонный образец, где 4„„,С,;-ка регистрации формы световых импульсов на максимуме интенсивности, световых импульсов соответственно падающего на образцы, прошедшего исследуемый образец, прошедшего эталонный образец; h; ;y< Ф1,. .", "iq „,,у- величины

1111075 (2}

ДТ-<н

10 сигналов с блока регистрации Формы световых импульсов на полуширине световых импульсов соответственно падающего на образцы, прошедшего исследуемый образец и прошедшего эталонный образец. 5

Регистрация НИПП в образцах основана на измерении изменения пропускания содержащего образец канала, обусловленного действием мощной световой.волны. При этом где ЪТ - изменение пропускания.

В свою очередь, щ д Искл

Ж%

ЬТд А " ""- ) = тМ

Ч; 6геисФ 1

И ефч Фъ ичсФ коэффициент нелинейного показателя преломления исследуемой среды можно найти as следующего соотношения

0 к в - : вл (3) аТисс ис ч где К = ф 4 - коэффициент, определяемый при калибровке делителя.

Использование в предлагаемом устройстве калиброванного делителя, эталонного образца, блока регистрации НИПП в эталонном образце выгодно отличает его от известных аналогов, так как исключает необходимость измерения поперечного распределения мощного светового излучения, создающего НИПП и в исследуемом образце, и позволяет повысить производительность измерений, снизив при этом не» обходимое дпя одного измерения время до 10 ч. Это дает возможность ускорить процесс создания новых оптических материалов с заданной нелинейностью показателя преломления..

Кроме того, отсутствие в предлагаемом устройстве блока регистрации поперечного распределения мощного излучения и наличие только одного блока регистрации формы световых импульсов приводит к упрощению конструкции и снижению стоимости устройст ва.

2 111075

10 иг.

Составитель С.Голубев

Редактор М.Келемеш Техред N.Êóçüìà Корректор.О.Тигор

Закаэ 6302/35 Тираж 822 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4