Способ измерения нелинейности показателя преломления оптических сред Советский патент 1984 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к технике измерения физических свойств вещест ва и может быть использовано в опти ческой промышленности для аттестаци оптических сред по коэффициенту нелинейности, показателя преломления (КНПП). Известен способ определения коэффициентов нелинейности показателя преломления оптических сред, состоя щий в том, что регистрируют искажение фазового фронта мощного светового излучения, прошедшего испытуемый образец, раздельно для линейной и круговой поляризации света, по которым определяют коэффициенты нелинейности показателя преломления для линейной и круговой поляризации света lj . Недостатками данного способа являются сложность и низкая точност измерений. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения коэффициентов нелинейности показателя преломления оптических сред, включающий формирование эллиптически поляризованного излучения, пропускание его через измерительную кювету, регистрацию вращения эллипса поляризации излучения и определение по величине вращения коэффициента нелинейности показателя преломления Ч,п для поляризованного по кругу излучения. Для определения коэффициента нелинейности показателя преломления Т 2д формируют линейную поляризацию излучения и регистрируют искажение фазового фронта излучения, прошедшего испытуемый образец для указанной поляризации света. Таким образом, при измерениях и П2А необходимо перестраивать оптическую схему для формирования линейной и круговой поляризации света zj . Основным недостатком известного способа является низкая точность измерений, связанная с погрешностям раздельньг измерений п т и точностью установки угла ПВО. Целью изобретения является повышение точности измерений.

ПЕ,,.ХДЕ;,..4)Е,;

eAnEs.X,(E;,.4i)E

«

51 361 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения нелинейности показателя преломления оптических сред, включающему формирование эллиптически поляризованного излучения, пропускание его через измерительную кювету, регистрацию вращения эллипса поляризации излучения и определение по величине вращения коэффициента нелинейности показателя преломления п для поляризованного по кругу излучения, осуществляют контакт измерительной кюветы с линейной оптической средой, направляют эллиптически поляризованное излучение на границу раздела этих сред, выравнивают линейные показатели преломления линейной среды и исследуемой оптической среды, измеряют эллиптичность R излучения, отраженного от .границы раздела, определяют отношение коэффициентов нелинейности показателя преломления 2кр/02. исследуемой оптической среды по формуле Iil±- )(U6) . ,) - коэффициент нелинейности показателя преломления, для линейно поляризованного излучения, 5 -.эллиптичность излучения, падающего на границу раздела, и с учетом известной величины определяют из указанного отношения И д. При решении волнового управления на границе раздела линейной и нелинейной сред для эллиптически поляризованного света получены нелинейные формулы Френеля. Показано, что при отражении эллиптически поляризованного излучения от нелинейной среды происходит самодеформация эллипса поляризации без его поворота. При условии равенства линейных показателей преломления линейной и нелинейной сред нелинейные формулы Френеля имеют вид гл.г.Х,Х теи С)р .чиненной восприимчивости для линейно поляризованного света, тензор линейной воспри имчивости для поляризо ванного по кругу света линейный показатель преломления, одинаковый для обеих сред, Cf - угол падения эллиптически поляризованного света на границу раздел сред; Ri амплитуды составляющих отр аже н ной в олны / Si амплитуда составляющих падающей волны. Из вьфажения (2) следует, что п полном выравнивании линейных показ телей преломления граничащих сред эллиптичность отраженной волны опр деляется лишь эллиптичностью подаю щей волны и отношением компонент тензора нелинейной восприимчивости нелинейной .среды. Измерив -,пл f эллйптичность отраженного,света, отношение компонент . можно определить по формуле (,RtS)(45l 25CUR6) 5и эллиптичность паданяц где 5 ГО света. р 1±Я11- - эллиптичность отраже «1 ного света. При этом ПTf 22 (R + ) 7кр . 1 26(U RS) Выравнивание линейных показател преломления граничащих сред может быть осуществлено путем изменения линейного показателя преломления линейной среды любым известным способом, например изменением темп ратуры линейной среды, изменением давления и т.д. Предлагаемый способ более точен по сравнению с известным так как при его осуществлении не проводитс раздельного определения коэффициен тов нелинейности показателя прелом ления n2 и 2кр при котором в измерения вносится дополнительная погрешн.ость, не требуется также точной установки угла ПВО. На фиг. 1 представлена оптическая схема предлагаемого устройства Е режиме регистрации угла поворота эллипса поляризации излучения, проходящего через исследуемую среду (определение компоненты тензора - --4/1721 нелинейной восприимчивости д j на фиг. 2 - оптическая схема устройства в режиме регистрации степени деформации эллипса поляризации излучения , отраженного от исследуемой среды (определение отношения компонент тензора нелинейной восприимчивости Х -/Х М. На фиг. 2 показаны источник 1 мощного светового излучения, поляризаторы 2 и 3, делительная пластина 4, фазовые элементы 5 и 6, фотоприемники 7 и 8, линейная среда 9, термостат 10 и исследуемый образец 11. Поляризаторы могут быть выполнены, например, в виде призм Глана или призм Рошона, фазовые элементы могут быть выполнены в виде четвертьволновых пластинок или ромбов Френеля, в качестве фотоприемников цф1есообразно использовать коаксиальные фотоэлементы Линейной средой следует считать любую среду, КНПП которой удовлетворяет условию Л, СГСЕ, например воду, этанол и т.д. Измерения с помощью предлагаемого способа проводятся следующим образом. В режиме измерения компоненты Х методом СВЭП исследуемый образец 11 помещают между фазовым элементом 5 и термостатом 10, содержащим литейную среду 9. Мощное световое излучение от источника 1 направляют через поляризатор 2 на делительную пластину 4. Часть излучения направляется на фотоприемник 7 другая часть - на фазовый элемент 5. После прохождения фазового элемента 5 мощное эллиптическое поляризованное излучение направляют в исследуемый образец 11. Из-за анизотропии показателя преломления, наведенной светом, в образце происходит поворот эллипса поляризации без его деформации. Излучение, прошедшее через исследуемый образец, отражается от поверхности линейной среды 9, проходит фазовый элемент 6, поляризатор 3 и попадает на фотоSприемник 8. По соотношению сигнало с фотоприемников 7 и 8 судят о нелинейном изменении пропускания схемы, т.е. об угле поворота эллип поляризации мощного излучения. Ком поненту тензора нелинейной восприимчивости исследуемой среды рассчитывают по формуле 2lTkoe3, где Ил линейный показатель прело ления исследуемой среды; об - угол поворота эллипса поляризации излучения в образце;KO - волновой вектор излучения в вакуумеj 6 - длина исследуемого образц Зо интенсивность излучения, В режиме измерения отношения компонент методом СЖЭП осуществляют оптический контакт иссле дуемого образца и отражающей поверхности линейной среды. Измеряя температуру линейной среды ,9 с помощью термостата 10, выравнивают л нейные показатели преломления линейной и исследуемой сред. Мощное световое излучение от источника 1 направляют через поляризатор 2 на делительную пластину 4. Часть излу 6 чения направляется на фотоприемник 7, другая часть - на фазовьй элемент 5. После прохождения фазового элемента 5 мощное эллиптически поляризованное излучение направляют на границу раздела линейной и исследуемой сред. Излучение, отраженное от поверхности испытуемого образца, проходит фазовый элемент 6, поляризатор 3 и попадает на фотоприемник 8. По cooTHomeHHjo сигналов с фотоприемников 7 и 8 судят о ггропускании схемы, т.е. об эллиптичности отраженного, излучения. Отношение компонент тензора нелинейНОИ восприимчивости /jjUZi исследуемой среды рассчитывают по формуле (3), а отноатение.гкр/п. с учетом выражения (4) определяют из соотношения (1). Таким образом, осуществляют совместное измерение обеих компонент тензора нелинейной восприимчивости исследуемой среды в рамках одного измерительного устройства. Предлагаемый способ дает возможность получения с высокой точностью полной информации о нелинейности показателя преломления исследуемого материала за счет совместного определения компонент тензора нелинейной восприимчивости J. и Х в рамкаходной измерительной схемы.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИ- . ЧЕСКИХ СРЕД, включающий формирование эллиптически поляризованного излучения, пропускание его через измерительную кювету, регистрацию вращения эллипса поляризации излучения и определение по величине вращения коэффициента нелинейности показателя преломления 42 цр для поляризованного по кругу излучения, о т л ичающийся тем, что, с целью повьпления точности измерений, осуществляют контакт измерительной кюветы с линейной оптической средой, направляют эллиптически поляризованное излучение на границу раздела этих сред, вьфавнивают линейные показатели преломления линейной среды и исследуемой оптической среды, измеряют эллиптичность R излучения, отраженного от границы раздела, определяют отношение коэффици- ентов нелинейности показателя преломления 2кр.j, исследуемой оптической среды по формуле (Л Пгкр . () /.. J 26(UR& п 2Л где коэффициент нелинейности показателя преломления для линейно поляризованного излучения{ 5- эллиптичность излучения, падающего на границу раздела, и с учетом известной величинып определяют из Од указанного отношения nj.