Способ измерения радиуса кривизны фазового фронта пучка электромагнитного излучения Советский патент 1985 года по МПК H01S3/00 

IM Изобретение относится к способам измерения кривизны фазового фронта пучков электромагнитного излучения и может использоваться в квантовой электронике при проведении оптических исследований. Известен способ определения кривой фазового фронта пучка электромаг нитного излучения. Согласно этому СПОС00У пучок пропускают через периодический транспарант, затем регистрируют период дифракционной картины в плоскостях саморепродукции, удаленных от транспаранта на расстоя ния Z I где Л - длина волны излучения,,Т - период транспаранта, т 1, 2, 3,.,., По отклонению перио дифракционной картины от периода тра спаранта определяют радиус кривизны фазового фронта ul Да1-П1ый способ измерений применим для исследования импульсных волновых пучков, однако обладает невысокой чувствительностью и требует больших затрат времени на микроскопическую обработку дифракционных изображений. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения радиуса кривизны фазового фронта пучка электромагнитного излучения, включающий пропускание пу ка через периодическую дифракционную структуру, регистрацию дифракционной картины и определение по параметрам этой картины искомого радиуса кривиэ ны. Согласно этому способу пучок пропускают через периодическую дифракционную структуру, затем определяют местоположение плоскости саморепродукции указанной структуры и ее смещение относительно плоскости саморепродукции, наблюдаемой при падении пучка с плоским фазовым фронтом. По смещению плоскости саморепродукции определяют кривизну фазового фронта. Направление искривления фазового фронта определяют по тому дальше, или ближе плоскости эталонной саморепродукции смещается плоскость максимального контраста Изобралсення 2} Недостаток прототипа большая затрата времени на проведение измерени вызванная тем, что в процессе измере необходимо определить смещение,. плоскости саморепродукции. Целью изобретения является сокуащение времени измерения. Поставленная цель достигается ;. тем, ЧТОсогласно способу измерения радиуса кривизны фазового фронта пучка электромагнитного излучения, включающему пропускание пучка через редкую периодическую дифракционную структуру, регистрацию дифракционной картшй и определение по параметрам этой картины искомого радиуса кривизны, дифракционную картину регистрируют в плоскости мультиплицированного изображения данной структуры по отношению к падению на нее плоской волны, определяют на одном периоде упомянутой картины отношение максимальной интенсивности поля в -области расположения искаженной тени к минимальной интенсивности поля в области неискаженной тени, по которому из калибровочной кривой находят модуль искомого радиуса кривизны, фиксируют взаимное расположение указанных теней по отношению к калибровочной метке и по нему определяют знак радиуса кривизны фазового фронта исследуемого пучка излучения, В основу способа положен тот факт, что при падекии на редкую периодяческую дифракционную структуру пучка излучения в плоскостях, удаленных от структуры на расстояния L Т р//. Где р - несократимая пра- . вильная дробь, Л - длина волны излучения, возникают мультиплицированные изображения- дифракционной структуры. В случае отличия фазового фронта падающего пучка от плоского происходит качественное изменение картины мультиплицированного изображения, заключающееся в появлении искаженнойj раздвоенной тенн мелзду контрастными полос и-.ш. На фиг. 1 представленамикроденситогрзмма.распределения оптической плотности; на фиг. 2 - вариант технической: реализации предложенного способа. Нормировка на .микроденсйтограмме произведена на максимальную величину оптической плотности в картине дифракционного изображения сетки. Искаженные тени, как видно из фиг. 1, расположены при этом напротив перегородок дифракционной структуры. Уровень интенсивности всплеска поля в области искаясённой тени (данная область на мнкроденситограмме ограничена пунктирной линией |по отношение к минимальному уровню илтенсивности наиболее контрастной тени зависит от степени искривления фазового фронта пучка. Установленная зависимость контраста всплеска в области искаженной тени мультиплицированного изображения позволяет оценить радиус кривизны фазового фронта Конкретный график зависимости отношения вышеуказанных: интенсивностей поля от кривизны фронта получаем предварительной -калибровкой решетки пучком излучения с различным значением радиуса кривизны.

Расположение -наиболее контрастных полос (теней) в мультиплицированных изображениях зависит от направления искривления фазового фронта, В случае расходящегося пучка вышеупомянутые тени наблюдаются со сдвигом на Т/2, где Т - период структуры, относительно центра перегородок, в случа же сходящегося пучка наиболее контрастные тени наблюдаются напротив перегородок. Обязательным условием для реализации способа является регистра-25 ция дифракционной картины в плоскости мультиплицированного, а не саморепродуцированного изображения --дифракционной структуры, так как в плос кости саморепродукцин при заданном искривлении фазового фронта не появляются искаженные тени, а происходит лишь изменение контраста изображения Схема технической реализации одно го из вариантов по предложенному способу для оптического диапазона приприведена на фиг. 2. Исследуемый пучок 1 света направляют на редкую периодическую сетку 2 с отношением ширины перегородок к периоду равным 5x10. Перегородки сетки при этом бы ли нанесены методом фотолитографии

на прозрачную поверхность. Экспе)Иментальное определение зависнмосп контраста всплеска в области искаженной тени мультиплицированного изображения от искажения фазового фронта производилось с помощью эталонного излучения. Картина мультиплицированного изображения дифракционной структуры в плоскости 3 наблюдения,-удаленной на расстояние L

регистрировалась на фотопленку. Фотометрирование дифракционной картины производилось с помощью микроденситометра, характерный отрезок

полученной микроденситограммы и показан на фиг. 1. Радиус кривизны определяют по отношению уровня интенсивности максимального всплеска в области искаженной тени (на микроденситограмме данная область ограничена штриховой линией ) к минимальному уровню интенсивности неискаженной тени. Уровни оптической плотности в области искаженной тени и контрастной тени показаны на фиг. 1 стрелками. Пеискаженные тени сдвинуты относительно перегородок дифракционной структуры на Т/2, что дает возможность сделать заключение о том, что пучок был расходящимся. Для определения кривизны фазового фронта по данному способу лучше выбирать для анализа период, расположенньш в центре дифракционной картины., В предложенном способе измерений отпадает необходимость в определении периода или смещения плоскости максимального контраста саморепродуцированного изображения дифракционной струк туры, что позволяет примерно в два раза сократить время измерений.. ..,

СПОСбБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ФАЗОВОГО ФРОНТА ПУЧКА ЭЛЕК ТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий пропускание пучка через периодическую дифракционную структуру, регистрацию дифракционной картины и определение по параметрам этой картины искомого радиуса кривизны, отличающийся тем, что,1с целью сокращеннл времени измерения, дифракционную картину регистрируют в плоскости мультиплицированного изображения данной структуры по отношению к падению на нее плоской волны, определяют на одном периоде . упомянутой картины отношение максимальной интенсивности поля в области расположения искаженной тени к минимальной интенсивности поля в области неискаженной тени, по которому из калибровочной кривой находят модуль искомого радиуса кривизны, фиксируют взаимное расположение указанных теней по отношению к калибровочной метке и по нему определяют сл знак радиуса кривизны фазового фронОд Од та :исследуемого пучка излучения. 1ч:)