Способ определения распределения плотности вещества
Использование: в квантовой электронике, в частности в диагностике сред с примесными веществами. Сущность изобретения: способ определения распределения плотности вещества основан на измерении анизотропии, индуцированной в веществе линейно-поляризованным светом. Анизотропия обнаруживается по изменению поляризации пробной волны, распространяющейся под углом к волне накачки. Поляризация пробной волны выбирается отличной от поляризации собственных волн среды с наведенной анизотропией. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к диагностике распределения плотности вещества в некоторой среде, например молекул красителя в полимерных матрицах, широко используемых в квантовой электронике.
Известен способ определения распределения плотности газа путем облучения исследуемой среды бигармоническим электромагнитным излучением, возбуждающая компонента которого имеет циркулярную поляризацию, а зондирующая - линейную, причем обе компоненты направляют в среду под углом друг к другу, осуществляют их пространственное перекрытие и измеряют интенсивность зондирующего излучения за скрещенным анализатором, сохраняя при пространственном сканировании угол между пучками возбуждающего и зондирующего излучения. Однако с одной стороны, этот способ приемлем не для всех углов, а лишь для /2 , что будет доказано далее. С другой стороны, этот способ приемлем только для атомарных газовых сред, уровни квантовых переходов которых выражены по магнитному квантовому числу. Для исследования веществ, у которых это вырождение отсутствует, например для большинства сложных молекул в растворах, излучение циркулярной поляризации не индуцирует анизотропии в среде в направлении распространения ( 0) (т.е. малые углы) и, следовательно, зондирующий пучок распространения без изменения поляризации. Цель изобретения - расширение класса исследуемых сред при одновременном повышении точности. Цель достигается тем, что возбуждающий пучок поляризуют линейно, под углом к нему формируют пучок поляризованного зондирующего излучения, осуществляют пространственное перекрытие возбуждающего и зондирующего пучков в выбранной точке среды, измеряют сигнал за скрещенным анализатором, обусловленный изменением поляризации зондирующего пучка, причем при переходе от одной точки к другой сохраняют =const. Состояние поляризации зондирующего пучка формируют произвольным, однако при линейной поляризации зонда устанавливают =/2 , а угол между плоскостями поляризациями зондирующего и возбуждающего излучений =/4 . На чертеже показана схема реализации способа. Источник 1 направляет через фазовую пластинку 2 "зонд" 3 на исследуемую среду 4. Источник 5 через поляризатор 6 направляет "накачку" 7 на среду 4. С помощью анализатора 8, "скрещенного" с исходной поляризацией "зонда", регистрируется изменение его поляризации на приемнике 9. Источник 5 выполнен с возможностью передвижения для изменения положения области пространственного перекрытия возбуждающего и зондирующего пучков при =const. Работоспособность и эффективность способа поясняются расчетом. В качестве исходного для описания нелинейного взаимодействия излучения с веществом выбирают кубическое по полю и дипольное по взаимодействию приближение. Даже, в случае произвольных направлений распространения возбуждающей и зондирующей волн, эволюция последней будет определяться не самим вектором поляризованности, а его ортогональной компонентой в фазовой плоскости зондирующего пучка, так что соответствующее уравнение переноса амплитуды в среде с концентрацией исследуемое вещества N примет вид = 2iK(1:1, -0, 0) (1) где =E, m, =k, и - вектор амплитуды, частота, волновой вектор, векторы поляризации и волновой нормали m-й волны соответственно (m=0 (возбуждающая), 1 (пробная)); - расстояние вдоль направления распространения "зонда", =(1:1, -0, 0)= x1 , (2) где x1 - тензор, дуальный вектору , Тензор выражают через тензор светоиндуцированной анизотропии . = = 1122(+C *0 + C *0 ); (3) C1=1221/1122; C2=1212/1122, ijkl~ N , так что с учетом (2) =1122(- +C * + C * ), = - . Решение задачи Коши ((0)=) для (1) в линейном по интенсивности возбуждающей волны приближении может быть представлено в виде()=(+A()) , (4)
A()=2iK11122 0 (x)dx . Из (4) видно, что если =E не является собственным вектором S1, то поляризация зондирующей волны изменится, а интенсивность сигнала за скрещенным анализатором I будет определять следующим образом
I=, (5) где U - произвольный нормированный комплексный вектор в фазовой плоскости зондирующего пучка, являющийся символом идеального поляризационного прибора. Причем = 0 (условие "скрещенности"). С учетом (4) выражение(5) может быть преобразовано к виду
I=A()C1( *0 )()+C2()( *0 ) (6)
При задании поляризации возбуждающей волны линейной [ *0]=0 , S1 принимает вид одноосного тензора, поляризация собственных векторов которого определяется векторами и [ ], т.е. также является линейной. Таким образом при эллиптической и круговой поляризации "зонда" интенсивность за скрещенным анализатором будет отлична от 0. Пусть "зонд" поляризован также линейно, тогда для упрощения экспериментальной схемы задается
=arccos()=/2, =cos
В этом случае (6) преобразуется к виду
I=1/nA()(C1+C2)sin22 (7), откуда следует/ что I=max при |Q|=/4. Пусть имеет место произвольная поляризация возбуждающей волны и =/2 . В этом случае тензор S1 остается одноосным, а в силу того, что направление при этом определяется [ ], то собственные векторы поляризованы вдоль [ ] и . Тогда, при линейной поляризации "зонда", совпадающей с одной из этих поляризаций I=0. Таким образом, содержащееся в прототипе утверждение о линейной поляризации "зонда" без конкретизации и азимуты линейной поляризации является необоснованно обобщенным. В заключение следует отметить, что повышение точности (увеличение сигнала) в предложенном способе достигается за счет оптимизации геометрии направлений пучков и их поляризацией. Система же регистрации на основе двухлучевого запоминающего осциллографа может быть позаимствована из прототипа.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Изобретение относится к оптико-физическим измерениям, а точнее - к эллипсометрии, и может найти применение в научных исследованиях, технологии и технике
Сахариметр // 1778637
Способ контроля формы оптической поверхности // 2107903
Способ преобразования линейной поляризации на заданный угол и устройство для его осуществления // 2108564
Изобретение относится к оптико-механическим приборам, предназначенным для анализа веществ поляриметрическими методами, а точнее к средствам поверки и настройки поляриметров-сахариметров
Способ определения качества гомеопатических лекарственных средств и устройство для его реализации // 2112976
Изобретение относится к медицинской технике, а именно для определения качества жидких лекарственных составов на основе оптических измерений
Изобретение относится к оптической контрольно-измерительной технике и может быть использовано для исследования тонких пленок и переходных слоев на плоских подложках
Изобретение относится к созданию методов и аппаратурных средств агромониторинга, а именно к построению систем контроля качества агропромышленной продукции, в частности алкоголя
Изобретение относится к оптике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано для исследования свойств анизотропных материалов