Устройство для определения поляризационных характеристик импульсного монохроматического излучения Советский патент 1991 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к.устройствам для измерения поляризации света в частности для измерения поляризационных характеристик лазерного излучения, и может быть использовано при измерении параметров импульсных или непр,ерывнь х лазеров, а также при исследовании взаимодействия лазерного излучения с веществом.

Цель изобретения - определение . поляризадионньпг характеристик в видимой и ближней инфракрасной областях спектра и повышение чувствительности.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства,

Устройство содержит фотоэлектрический узел , приемная понерхиость

/35-96/

которого профилирована в виде трех . дифракциокгшх решеток 2-4, На поверхности реметок нанесены полупрозрачные слои 5-7 металла На каждом из трех слоев располох ены точечные контакты 8 - 1C, четвертьй омический контакт П расположен на части фотозлектрического узла, свободной от решеток. Пары кйнтактоэ 8-11, 9-11, 0-П злектрически соеди- нень соответственно с первым-третьим входами 12 - 14 системь 15 обработки сигналов,

.Падающее излучение изображено стрелками

Устройство работает следующим образом.

сл

00

:о

4J

САЭ СО

Исследуемое монохроматическое излучение направляется на приемную поверхность узла 1 по нормгши к ней.. В результате взаимодействия излуче шя с eтaллиэиpoвam-Iымн решетками 2 - А на пнешней границе (металл- поздух) каждой из них возбуждается понерхностная электромагнитная волна (ПЭВ ) различной 1;нтенсивности5 завися щ(;й от взаимной ориентации реиетки и плоскости поляризации падающего излучения Часть энергии этих ПЭВ наряду с непреобраэованной а ПЭВ энерги- ей пада ощего .излучения проходит в полупроводниковый материал и поглощается там, обраяуя элактрокно дЫрочные пары. Эти пары разделяются в облас- т и пространственного заряда, существующей D .полупроводнике на границе с металлом. При этом иа парах контактов 8- П ,- 10-11 возникают фотоэлектродвижущ1-1е . силы, величина которых зависит от поляризационных характеристик излучения

Приемная поверхность фотоэлектрического узла выполнена трех различно ориенткроваиных дифракцией- ных решеток для возбуждения трех различных по интенсивности ИЗБ HJ как следствие этого, трех различных по величине сигналов фотоответа.

Металлический слой на каждой решетке изолирован от слоев на других репетках для сохранения указанных различ1ш„

Штрихи второй решетки ориентирова .ны под углом tr/4 к штрихам первой решетки, а штрихи третьей решетки перпендикулярны штрихам первой решетки о

Фотоответ структуры металл-полупроводник с дифракционной решеткой на поверхности характеризуется двумя

параметрами: чувствительностью а

() к интенсивности падающего линейно-поляризационного излучения при векторе электрического по- ,ля падающей волны Ё, параллельном штрихам решетки, и чувствительностью га 0 при EJ перпендр ку/1ярном штрихам, где га - кратность изменения фотоответа при возбуждении ПЭВ и в отсутстви его. Фотоответ структуры изменяется в зависимости от угла неж;гу штрихами решетки. При падении на приемную поверхность устройства по нормали импульсного излучения, обладающего следукидими поляризациои1ад -ш карактеристйками интенсивность линейно- поляризованной компоненты Р, иитей- сивйость кеполяризованной компоненты Pfi, степень поляризации ) угод между направлением вектора электрического поля Е излучения и направлением штрихов первой решетки tf - между контактами Первой дифракционной решетют и четвертым омическим контактом возникает фотоответ

V, „ V.Eli «ч

т+1

Р

-((f) - cos 2 Cf

между контактом второй решетки и четвертым

- V, «VStI-(,.p) „

- п/

° 2

Р. sin 2Cf

(2)

а между кoнтaктo з к металлическому слою третьей решетки и четвертым

V, o/K.L(P,4-P«)

. / itt-J . .-.

Рд cos 2(,.

(3)

Указанная взаимная ориейтация штрихов дифракционных .решеток обеспечивает соотношение фотоответов и Уд 5 которое наиболее удобно |Дпя последующей математической обработки Таким образом, для нахождения трех величин Рд, t получают трн независимых уравнения, из которых определяются искомые параметры

l-sign v;,+Vj- 2 V) +

+ 1/2 arccos {(,)C(V3- V,)

(A)

50

.(. Vj - 2V)J-%ign(V,)

ot (m-ir V, )4(V,+V,-2Vi),

(5)

55

(пН-О(га-1Г (Vj-V,)-

(Vs-V, )4(Vj. V,-.2Vs).

(6)

Наличие меньшего количества днф- ракцнонных решеток не решает поставленной задачи, а большее - избыточно.

Каждая пара контактов (1-4, 2-4, 3-А) электрически связана с первым, вторым и третьим входами обработки сигналов для того, чтобы подать в систему величины Vj, Vj и Vj После преобразосакий по формулам (4-6) на выходе систе1 1 получаем Р, ц и i.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает возможность определения поляризационных характеристик импульсного излучения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, что в принципе невозможно с помощью известно го и повьпяает чувствительность на 6-7 порядков величины,

Фо рмула изобретения

Устройство для определения поляг ризационнЫх характеристик импульсного .монохроматического излучения, содер- жащее фотоэлектрический узел на основе полупроводникового м;;гериала с контактами, электрически соединенными с входами системы обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью определения поляризационных характетястик в видимой и ближней инфракрасной областях спектра и повышения чувствительности, приемная поверхность фотоэлектрического узла

0

5

0

0

выполнена в виде трех дифракционных решеток из полупроводникового материала, на каждой из которых расположен снабженный контактом полупрозрачный слой металла, диэлектрическая проницаемость которого « -1, причем

слой на каждой из решето с электрически изолирован от слоев на других решетках, штрихи второй решетки ориентированы под углом F/4 к штрихам первой решетки, штрихи третьей решетки перпендикулярны штрихам первоС| решетки, а период.а решеток удовлетворяет соотношению

. (

где И - рабочая длина волны нэ области собственной светочувствительности полупроводш кового материала, глубина птрихов составляет (0,05,.,., 0,10)Я, на часть фотоэлектрического узла, свободную от металлических слоев и дифракционных решеток, нанесен четвертый o «чecro й контакт, причем пары контактов первой дифракционной решетки и четвертый .кт, второй дифракционной решетки и четвертый контакт, третьей дифракционной решетки и четвертый контакт элект рически соединены соответстэенно с первым, вторьгм и третьим вxoдa ш CKCfBtfj обработки сигналов

ч о

v

Изобретение относится к устройствам для измерения поляризации света, в частности для измерения поляризационных характеристик лаяерного излучения, и может быть использовано для измерения параметров импульсных или непрерывных лазеров Цель изобретения - определение поляризационных характеристик в видимой и ближней инфракрасной областях спектра и повышение чувствительности. Устройство содержит фотоэлектрический узеЛ 1 с приемной поверхностью, профилированной в виде трех дифракциогпгых решеток 2 - 4, на поверхности которых нанесены полупрозрачные слон 5-7 металла, а четвертьп омичес1шй контакт 11 расположен на части фотометрического узла, свободной от решеток. Пары контактов 8-11, , 10-11 электрически соединены соответственно с различным 1 входами системы об- работки информации, -ил.

/

IS