Способ обращения фазового фронта электромагнитной волны

 

(1 1) ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.12.79 (21) 2857890/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет— (51) М. Кл. .

G 02 F li 33

Государственный комитет по делам изобретений н открытий

Опубликовано 30.06.82. Бюллетень М 24 (53) УДК 535.511 (088.8) Дата опубликования описания 30,06.82 (72) Автор изобретения

Р. А. Казарян (7! ) Заявитель

Институт физических исследований

АН Армянской ССР (54) СПОСОБ ОБРАЩЕНИЯ ФАЗОВОГО ФРОНТА

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ

Изобретение относится к акустической оптике и может быть применено в лазерной технике для отражения светового пучка к источнику излучения, а также для обращения фазового фронта лазерного пучка с целью динамической компенсации фазовых искажений, создаваемых оптическими неоднородностями активной среды или среды распространения излучения.

Известен способ обратного отражения (ретрорефлекции) светового пучка, использующий ретрорефлектор, состоящий из однослойной плотной гексагональной упаковки кубических уголков с равносторонними треугольными окнами 11). Такой способ обеспечивает приближенное фазовое обращение фронта волны, причем тем точнее, чем меньше размеры отдельного ретроэлемента.

Недостатком способа ретрорефлекции с малыми (доли миллиметра — — миллиметры) ретроэлементами является черезвычайная трудоемкость технологического процесса их изготовления. Кроме того, не обеспечивается необходимая точность формирования времяобращенного отклика волны, вследствие чего такие ретрорефлекторы используются лишь в уличной сигнализации.

Наиболее близким является способ, использующий четырехфотонное взаимодействие, по которому электромагнитную вол- ну направляют на кювету с веществом взаимодействия, которое подкачивается местным мощным оптическим излучателем.

Способ обладает большой степенью точности обращения фазового фронта, а также высокой отражаемостью (2).

К недостаткам способа относится его сложность, обусловленная тем, что для

1р подкачки вещества взаимодействия требу. ются мощные оптические источники, излучающие плоскую монохроматическую волну (не менее 10 —: 106 Вт/см- ), и весьма мощные (порядка милливаттов) исходные

15 сигналы.

Все это сильно ограничивает возможность применения таких способов в системах оптической локации, навигации и целенаведения.

20 Целью изобретения является упрощение способа обращения фазового фронта электромагнитной волны и снижение мощности управляющего сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что

25 в известном способе, включающем направление электромагнитного пучка на вещество взаимодействия, последнее предварительно модулируют по плотности системой взаимно перпендикулярных плоских акусти ческих волн. Вещество взаимодействия мо835239

20

Зо

65

3 жет быть как жидким, так н твердым, .прозрачным для падающей электромагнитной волны. При гармонической модуляции вещества взаимодействия системой, например, трех взаимно перпендикулярных ультразвуковых волн одинаковой частоты в объеме вещества и на его поверхности создается пространственная структура из трехгранных пирамид с прямыми углами при вершине, которые выполняют роль рет роэлементов, В общем случае указанные пирамиды имеют привершинные углы, образующиеся в вертикальных сечениях, проходящих через любое ребро (при нечетном числе датчиков) или через середины противолежащих граней .(при их четном числе).

Поскольку известно, что граница среды с гармонической модуляцией плотности при малой глубине модуляции, т. е. при выполнении условия

61 ) + 8 4p (1) где Хо — длина волны в вакууме;

Лв — амплитуда модуляции диэлектри ческой проницаемости;

d — период решетки, задаваемый акустической волной; обеспечивает 100 о/о -ное отражение плоской электромагнитной волны, падающей из среды с диэлектрической проницаемостью е в среду с проницаемостью е„если выполняется условие 2 (е,— в, Sin О) = т, (2) где Й =

2л. л

0 — угол о д падения; m —.целое положительное число, совпадающее с известным условиеи Брегга

2сф е, cos 0 = m),p (9 — угол преломления), то часть поверхности вещества, под которой образуется пространственная уголковая структура, будет работать как ретрорефлектор для падающего на нее светового луча.

Подбирая параметр d (изменением частоты акустической волны), но так, чтобы вынолнялись условия (1) и (2), можно добиться оптимальных размеров элемен. тарных,ретрорефлекторов, обеспечивающих требуемое приближение к времяобращенному отклику падающего светового луча при допустимом числе дифракционных максимумов.

На фнг, 1 — 4 приведены два варианта реализации предлагаемого способа, Вариант 1. Б качестве вещества взаимодействия взята жидкость. На фиг. 1 показан вид сверху на кювету 1, заполненную траиоформаторным маслом. На дно. кюветы опущена металлическая опора 2

4 с ультразвуковыми .датчиками 3, закрепленными на тумбах 4. Датчики разнесены на угол 12Î . На фиг, 2 показано сечение

А — А. Угол n =- 35" 15 52".

Если выбрать частоту акустической волны /„из условия (2) т. е.

Сак r

/ак= тХО 0 где C„— скорость акустической волны в данном веществе, причем при малых значениях m (для волны электромагнитного излучения, равной 0,63 мкм и масла

f„= 2,2 10 Y вг/m), то можно добиться близкого к 100О/о отражвнию светового луча. В опыте, уже при f,„= .2,3 МГц (школьные ультразвуковые датчики малой мощности) отражение от площади порядка

1,5 —:2 см и составляло 60О/О.

Погрешность приближения к точному фазовому обращению может быть оценена из общего выражения. Так, для того, чтобы погрешность не превосходила 10О/о достаточно задать диаметр ретроэлемента

2b неравенством b<0,07 L/Ë, где L — размер неоднородности, задавший фазовое искажение в рад. Так для атмосферы, беря минимальное L 1 мм и А„„„-10, получим мягкое требование для b(2,5 см.

Вариант 2. В качестве вещества взаимодействия взят кристалл германия 1 (фиг. 3), у которого широкая полоса прозрачности (2 — -20 мкм) и выоокое значение коэффи.циента .акустической эффективности (еще лучше теллур). Акустлческая частатз:нибирается из тех .же соображений, что и в варианче 1. На фиг. 4 .показано сечгение

: — В. Конструкция упрощается, поскольку датчики 3 приклеивачочся .к .скочпенньгм пазам кристалла.,Угол р Ф 35 15 Á2". Тонкая регулировка угла Р в этой .реализации отсутствует. Внедрение предложенного способа в системах .оптической локации н навигации для динамической компенсации фазовых искажений,:возникающих при прохождении волны через среду (атмосферу), приведет к значительной экономии,,равньй стоимости мощных (не менее 105 —:106 вт/см21 оптических источников излучения (порядка

1:00 тыс..руб. на единицу). При этом происходит практически 190%-:ное отражение, а точность обращения гораздо выше, чем у уголковых отражателей, так как размеры ретроэлементов не могут быть снижены до миллиметров, в то время, .как .в настоящем способе их размеры .одного порядка с длиной электромагнитной волны.

Формула .изобретения

Способ обращения фазового фронта электромагнитной -волны, включающий направление электромагнитного пучка:на ве835239

>! 8

9 че, 1

3 3

0 иг Ф (Риг, 2

Составитель В. Масленников

Редактор О. Филиппова Техред А. Камышникова Корректор Н. Федорова

Подписное

Изд. ¹ 161 Тираж 516

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4117

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома

5 щество взаимодействия, отличающийся тем, что, с целью снижения мощности управляющего сигнала и упрощения способа обращения, вещество взаимодействия предварительно модулируют по плотности системой взаимно перпендикулярных плоских акустических волн.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Великобритании ¹ 1414897, кл. G 002 2 В B 55/j0000, 1976 г.

2. Bloom D. М. Nonlinear interaction of

laser irradiation xvith à solid-state media.

Opt. Lett, v. 2, р. 58.