Способ определения нелинейности показателя преломления оптических сред Советский патент 1987 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к технике измерения физических свойств вещества и может быть использовано в оптической промышленности при аттестации оптических сред по коэффициентам нелинейности показателя преломления (НПП).

Цель изобретения - повьппение информативности способа за счет обеспечения возможности совместного определения коэффициентов нелинейности показателя преломления этой среды дл линейно поляризованного света и

света, поляризованного по кругу, п,

На фиг.1 представлены зависимости угла поворота эллипса поляризации от интенсивности света для бегущей эллиптически поляризованной волны (а) и дпя встречных эллиптически поляризованных волн равной интенсивности (б); на фиг.2 - оптическая схема устройства, с помощью которого может быть осуществлен способ.

Устройство содержит мощный лазер 1, поляризаторы 2-4, фазовый элемент 5, делительную пластин у 6, калиброванный делитель 7 излучения, эталонньй образец 8, полупрозрачное зеркало 9 с коэффициентом отражения, близким к 100%, установленное перпендикулярно оптической оси, фотоприемник 10, исследуемьй образец 11, зеркало 12.

Расстояние 1 между исследуемым образцом 11 и зеркалом 9 выбирают

равным та; t1. ;

где С - скорость све длительность светового импульса. Это условие обеспечивает из- мерения в режиме бегущей волны.

Мощный импульс от лазера 1 после прохождения поляризатора 2 и фазового элемента 5 становится эллиптически поляризованным. Часть световой волны, отражаясь от делительной пластины 6, поступает на вход фотоприемника 10, другая часть поступает на калиброванный делитель 7 излучения, при этом часть мощной эллиптически поляризован ной световой волны направляется в эталонный образец 8, другая часть - в исследуемьш образец 11. Из-за анизотропии показа -еля- преломления, наведенной светом, в образцах происходит поворот эллипсов поляризав( световых волн. После прохождения образцов излучение через поляризаторы 3 и 4 поступает на вход фотоприемника 10. Уг0

5

лы поворота эллипсов поляризации в ис следуемом ,(.ц и эталонном . образцах определяют по соотношению амплитуд сигналов с фотоприемника, Устанав.пивают зеркало 9 вплотную за исследуемым образцом, обеспечивая, тем самым, измерения в режиме встреч- нораспространяющихся мощных эллиптически поляризованных волн равной интенсивности. Предельный угол поворота эллипса поляризации световой волны в исследуемой среде определяют также по соотношению амплитуд сигналов с фотоприемника. Для бегущей эллиптически поляризованной св етовой волны угол поворота эллипса поля|эиза- ции в нелинейной среде зависит от интенсивности света следующим образом

12йКо п«

(У

о

(1)

5

0

5

где

«21

волновой вектор в вакууме; длина среды;

компонента тензора нелинейной восприимчивости среды; IP - интенсивность световой

волны.

При этом с ростом интенсивности света угол поворота неограниченно возрастает. При разделении мощной эллиптически поляризованной волны на две части, одну из которых направляют в исследуемый образец, а другую - в эталонный образец, реализуются следующие -формулы

0 этил

121ГК.

этил 0

ссл :о t22i

писсл

о иссл

ИССл

(I-K)IO

Регистрируя углы поворота эллипсов поляризации волн, прощедших образцы, компоненту тензора нелинейной восприимчивости исследуемой среды

1211

1АССЛ определить следующим образом,,1111 5о.иссд ; f Mcji/r|jT2u. 5 v 2- (j

1И-/Ч -t I) /4 трч ЭГС1А .

иссл п

О ЗТСКА

аг.л тал(1-К)

Как видно из (2), для определения

Hit

ТС не требуется измерения интенсивности световой волны, что значительно упрощает способ, повьщ1ает точность измерений.

Для нахождения второго независимого параметра, определяющего НПП ис спедуемой среды, решена задача распространения в оптической среде мощ- ной эллиптически поляризованной волны в поле встречной эллиптически поляризованной волны равной интенсивности. Показано, что при этом связь между углом поворота эллипса поляри- saujiH световой волны и ее интенсивностью отличается от (1), в частност с ростом интенсивности значения угла поворота of асимптотически стремятся к максимальному предельному -значению

, 1 , К ЛПР 9 arccos(

1

(3)

12J{ fJif-Cj - - -ej-wA,(5+COS2о(г,р)mi , .

л т- .)

о Э гсЯ А

эг«л 1-К) иссл-(1-соз2с пр) ™

.j | 3T oiA 2+cos2 j).

n

о этал

, 1-К NcCA.(l-COs2cinp)

этал

Регистрация углов поворота эллипсов поляризации света в образцах основана на измерении изменения пропускания содержащего образец канала, которое обусловлено действием мощной световой волны. При этом

ЛТ f(oi),

где flT - изменение пропускания.

При использовании в качестве фазового элемента, например четвертьволновой пластинки, значения углов поворота эллипсов поляризации волн, прошедших исследуемьш и эталонный образцы в режиме бегущей волны ot исьл- cL зт«л соответственно, а также значение предельного угла поворота эллипса поляризации световой волны, прошедшей исследуемую среду в поле встречной волны равной интенсивности , определяют по формулам

мсм arcsin

)(T-lTtcoi 2i.

9T01A Si

inUar

Uo (1-r)Kcos224

-

cJLnp arcsin

lUo.Tl-r)(1-,

K)tcos224

t22i

,1111

где

Измерив предельньй угол поворота эллипса поляризации световой волны, прошедшей через исследуемую среду, можно определить вторую компоненту тензора нелинейной восприимчивости исследуемой среды

,11- нссл ° формуле

1-11- 5 + cos2o n p Чссл- cos2o ; «

(4)

где

Коэффициенты нелинейности показателя преломления исследуемой среды для линейно поляризованного света и света, поляризованного по кругу, имеют вид соответственно

этал

С6)

30

35

40

45

50

2v

, 55

27-,

где t - коэффициент пропускания полупрозрачного зеркала; г - коэффициент отражения делительной пластины; Up - амплитуда сигнала с фотоприемника, соответствующая световому импульсу, отраженному от делительной пластины;

11( , и - амплитуды сигналов с фотоприемника, соответствующие световым импульсам, прошедшим соответственно исследуемый и эталонный образцы в режиме бегущей волны; и - амплитуда сигнала с фотоприемника, соответствующая световому импульсу, прошедшему исследуемый образец в режиме встречных волн равной интенсивности;

Ц - угол разворота осей фазовой пластинки.относительно осей поляризатора.

Формула изобретения

Способ определения нелинейности показателя преломления оптических сред, состоящий в том, что формируют зондирующую эллиптически поляризо513269626

ванную световую волну, направляют ее эллипса поляризации волны, прошедшей в исследуемый образец, регистрируютэталонный образец, затем через исслеугол fit 14сел поворота эллипса поляризации волны, прошедшей исследуемый образец, отличающийся тем, что, с целью повьшгения информативности способа за счет обеспечения возможности совместного определения коэффициентов нелинейности показателя преломления исследуемой среды для ли-fО шей через исследуемый образец, а ко- нейно поляризованного света п и све- эффициенты нелинейности показателя та, поляризованного по кругу ,преломления исследуемой среды для личасть эллиптически поляризованной . нейно поляризованного света и света, волны направляют в эталонный образец, поляризованного по кругу, определяют регистрируют угол d дтал поворота(5 по следующим формулам

дуемый образец одновременно пропускают навстречу друг Другу две дополнительные эллиптически поляризованные волны равной интенсивности, регистрируют предельный угол oirtp поворота эллипса зондирующей эллиптически то- ляризованной световой волны, прошед

j 2 П -о чсгл К 1эт(ХА- (5+COS2 )12-2.1

o этил

-этс«л

(1-К) Е

ИССл

(

(f-co.s2c(np) этыл

247r-oi «сел К Е зтсял (2+cos2c( Ир)i2ii

0 этил этил

(1-К)-

(1-cos2o(.np) з-г«

де п,

iaif этап

- линейный показатепь преломления эталонной среды; - компонента тензора нелинейной восприимчивости эталонной среды,

.

шей через исследуемый образец, а ко- эффициенты нелинейности показателя преломления исследуемой среды для лидуемый образец одновременно пропускают навстречу друг Другу две дополнительные эллиптически поляризованные волны равной интенсивности, регистрируют предельный угол oirtp поворота эллипса зондирующей эллиптически то- ляризованной световой волны, прошед+COS2 )12-2.1

ИССл

(

(f-co.s2c(np) этыл

(1-cos2o(.np) з-г«

К - доля световой энергии, направляемая в эталонный образец; длина исследуемого образца;это л ддина эталонного образца

мссл

Изобретение относится к технике измерения физических свойств вещества и может быть использовано в оптической промьгашенности для аттестации оптических сред по коэффициентам нелинейности показателя преломления. Целью изобретения яйляется получение полной информации о нелинейности показателя преломления исследуемой среды за счет совместного определения коэффициентов нелинейности показателя преломления исследуемой среды для линейно поляризованного света и света поляризованного по кругу, для чего формируют мощную эллиптически поляризованную волну, направляют ее в Исследуемый образец, регистрируют угол поворота эллипса поляризации волны, прошедшей исследуемый образец, часть мощной эллиптически поляризованной волны направляют в эталонньй образец, регистрируют угол поворота эллипса поляризации волны, прошедшей эталонньш образец, через исследуемый образец одновременно пропускают навстречу друг другу две мощные эллиптически поляризованные волны равной ин- тенсивности, регистрируют предельньй угол поворота эллипса поляризации света, прошедшего через исследуемый образец, и определяют по формулам коэффициенты нелинейности показателя преломления исследуемой среды для линейно поляризованного света и света, поляризованного по кругу. 2 шт. с СЛ оо ю Од со О) Id

фие. 1

«М

(V

:э ВРедактор Н.Киштулиснец

Составитель С.Голубев Техред И.Попович

Заказ 3274/38Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Е.Рошко

Подписное