Устройство для измерения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного показателя преломления Советский патент 1985 года по МПК G01N21/41 

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что толщина компенсатора Ьп выбирается из соотношения

K-rtU5°)L,

,

И„- Пл

- толщина расщепителя ,

показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в расщепителе и компенсаторе,

2ПоПр

nCts)

2K-n;v

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АНИЗОТРОПИИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ И НЕЛИНЕЙНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ образца, содержащее лазер и последовательно установленные по ходу излучения средство для изменения интенсивности излучения, линзу и средство . для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и. производительности измерений, в него дополнительно введены расщепитель пучка и компенсатор, установленные последовательно между линзой и средством для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке таким образом, что оптические оси расщепителя и компенсатора ориентированы под углами к оси излучения лазера соответственно 45 и 90 , а плоскости главного сечения расщепителя и компенсатора взаимно перпендикулярны.

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к нелинейной оптике, и может быть использовано для точных измерений анизотропии коэф фйциента поглощения и анизотропии нелинейного показателя преломления вещества.

Известно устройство для исследования вынужденного двулучепреломления, содержащее импульсньй лазер, нейтраль ные фильтры, поляризатор, дихроичное зеркало, кювету с исследуемой жидкостью, анализатор, интерференционные фильтры, средства для регистрации интенсивности лазерного излучения, , установленные последовательно на оси пучка излучения импульсного лазера, и непрерывный лазер, ось пучка излучения которого с помощью дихроичного зеркала совмещена с осью пучка импульсного лазера l .

Недостатками этогоустройства являются низкая точность измерения, так как определить величину двулучепреломления можно лишь за два импульса лазерного излучения, а также ограниченные функциональные возможности. Его нельзя использовать для проведения измерений коэффициента поглоще ния и анизотропии нелинейного показателя преломления в средах, нелинейность которых обусловлена свободными носителями. Кроме того, устройство технически сложно необходимости точного совмещения осей пучков непрерывного и импульсного лазеров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного показателя преломления, содержащее ла,эер и последовательно установленные

по ходу излучения средство для изменения интенсивности излучения, линзу и средство для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке 2.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения (около 30%), так как определить величину анизотропии можно только за два импульса лазерной генерации. Кроме того, необходимо менять ориентацию кристалла, что повышает трудоемкость процесса, т.е. снижает производительность устройства.

Цель изобретения - повьш1ение точности и производительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного показателя преломления образца, содержащее лазер и последовательно установленные по ходу излучения средство для измерения интенсивности излучения, линзу и средство для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке, дополнительно введены расщепитель и компенсатор, установленные последовательно между линзой и средством для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке

таким образом, что оптические оси расщепителя и компенсатора ориентированы

под углами к оси излучения соответственно 45 и 90 , а плоскости главного сечения расщепителя и компенсатора взаимно перпендикулярны.

При этом толщина компенсатора (,„ выбирается из соотношения

По-пС45)1ь,

ч() толщина расщепителя; о)е показатели преломления обык Oi g новенного и необыкновенного лучей в расщепителе и компен . Ни чертеже приведена структурная схема устройства для измерения анизотропии поглощения и нелинейного показателя преломления. Устройство содержит лазер 1, сред ство 2 для изменения интенсивности лазерного излучения, линзу 3, расщепитель 4, компенсатор 5, исследуемый образец 6, средство 7 для измерения поперечного распределения интенсивности. Устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1 ослабляется до необходимой интенсивности средством 2,фокусируется линзой 3, расщепляется расщепителем 4 на два равных пучка с взаимно перпендикулярной поляриза1Ц1ёй (обыкновенный и необыкновенный) , проходит через компенсатор 5, который компенсирует разность хода между обьжновенными и необыкновенными пучками, и попадает на иссле дуемый образец 6. Далее средство 7 для измерения поперечного распределения интенсивности регистрирует интегральные интенсивности прошедших пучков при измерении анизотропии коэффициента поглощения, либо, в случае измерения нелинейного показателя преломления, диаметры прошедших пучков. Измеряя зависимость диаметра пучков от падающей мощности, определяют пороговые мощности и по соотношению о,е U22No c л 256 где Р - пороговая мощность самофокусировки или самодефокусировки в исследуемом о разце, АО - длина световой волны в ва уме, находят нелинейные показатели прело ления п° и «2 для обыкновенного и необыкновенного пучков. 104 Средства для изменения интенсивности лазерного излучения могут представлять собой нейтральные фильтры или два поляризатора, повернутых относительно друг друга на определенный угол. Средства для измерения распределения интенсивности в лазерном пучке могут представлять собой фотопластинку или матричные фотоприемники с дисплеем. Если излучение лазера линейно поляризовано, то, изменяя угол между плоскостями главного сечения и поляризации, определяют пороговые мощности самофокусировки для обыкновенного и необыкновенного пучков одновременно. Таким образом, параметры, необходимые для определения анизотропии коэффициента поглощения и нелинейного показателя преломления, измеряются с помощью предлагаемого устройства за один импульс лазера. Это повьш1ает точность измерения до 0,1% при определении коэффициента поглощения и до 3% при определении нелинейного показателя преломления, так как при этом отпадает необходимость учета нестабильности интенсивности лазерного излучения. Расщепитель изготовлен из двулучепреломпяющего материала, причем оптичес сая ось С расположена под углом 45 к оси падающего лазерного излученця, поэтому даже при нормальном падении происходит снос энергии пространственное разделение обыкновенного и необыкновенного пучков. Угол между оптической осью С и волновым вектором падающего излучения (осью устройства) взят равным 45, так как в этом случае при падении на линейноанизотропную среду пучка с гауссовым профилем интенсивности, расходимости обыкновенного и необыкновенного пучков одинаковы. Максимальный угол ср между обыкнове ным и необыкновенным пучками излучения наблюдается тогда, когда тангенс угла об между оптической осью С расщепителя и осыо устройства (направлением распространения пучка излучения) равен . Действительно, угол tf можно определить через угол об следующим образом; .. где П- ПеИз условия максимума угласр из со (3) получим отношения 2 . 1 ) - .или () Для длины волны 532 нм и кристал ла КПД (По .1,51, Пй 1,А7) имеем .06 45° 48;( l30l Изготовление расщепителя из криг- сталла с малой линейной анизотропией таким образом, что оптическая ось С ориентирована под углом 45 к входным граням, позволяет одновременно удовлетворить двум условиям: максимальности угла расщепления и неизменности расходимости обыкновенного и необыкновенного пзгчков , внутри расщ пителя, показатели преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно. 1133510, 6 При измерении анизотропии нелинейных коэффициентов поглощения и показателя преломления необходимо, чтобы фокусные расстояния в необыкновенном и обыкновенном пучках были одинаковы, т.е. разность хода между обоими пучками должна быть равна нулю. Этому условию можно удовлетворить, если плоскость главного сечения расщепи- . теля будет перпендикулярна плоскости главного сечения компенсатора. При этом толщина расщепителя L будет связана с толщиной компенсатора L g соотношением ,v(,oj 1,К-пС45°) oTne + (5) Таким образом, введение в устройство расщепителя и компенсатора позволяет повысить точность и производительность устройства для измерения анизотропии нелинейного показателя преломления и коэффициента поглощения,