Способ определения корреляционной функции лазерного излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01B9/02 

ции лазерного излучения с произвольной пространственной структурой световых пучков.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения корреляционной функции лазерного излучения, основанном на пространственном разделении световых пучков н их последующей интерфереиции, световые пучки направляют на отражатель, обращающий волповой фронт, с получением полного перекрытия световых пучков в его объеме и измеряют отнощенне энергии в одном из направлений распространения интерферирующих волн к полной энергии, отраженной от обращающего отражателя в зависимости от разности хода пучков.

Такой способ может быть осуществлен .устройством новой конструкции для определения корреляционной функции лазерного излучения, содержащим интерферометр с полупрозрачным зеркалом и двумя отражателями, один из которых выполнен с возможностью перемещения и поворота вокруг оптической оси.

Отличие устройства, позволяющее осуществить новый способ, состоит в том, что второй отражатель выполнен в виде кюветы с прозрачными окнами, заполненной нелинейной средой, и расположенных по обе стороны от нее одномодового .;;азеря и непрозрачного зеркала, при этом нелинейная поляризация среды пропорциональна третьей степени напряженности электрического поля излучения лазера.

Функциональная схема устройства для осуществления способа изображена на чертеже.

Устройство содержит: одномодовый лазер 1, кювету 2, нелинейную среду 3, непрозрачное зеркало 4, источник 5 исследуемого излучения, полупрозрачные зеркала 6 и 7, подвижное зеркало 8 и калориметры 9 и 10. При этом лазер 1, кювета 2 с нелинейной средой 3 и зеркало 4 образуют обращающий волновой фронт отражателя 11. Входящие и выходящие из кюветы лучи одномодового лазера 1 обозначены соответственно через EI и EZ, а аналогичные лучи исследуемого излучения обозначены соответственно через ЕЗ, / и ЕЗ, Е.

Устройство работает следующим образом.

Излучение Е лазера 1 через боковые стенки кюветы 2, нелинейную среду 3 поступает на отражательное зеркало 4 и по тому же пути возвращается в кювету 2. От источника света 5 исследуемое излучение с волновым фронтом 3 через полупрозрачные зеркала 6 и 7 подается в кювету 2 и отражается от нее, образуя волну с обращенным волновым фронтом. Эта волна оказывается комплексно сопряженной по отношению к падающей волне Е. Использование отражателя И приводит к тому.

что отраженные от кюветы 2 пучки и Ei, проходят в обратной последовательности те же оптические пути, что и падающие на нее пучки и Е. Благодаря этому на полупрозрачном зеркале 7 указанные пучки интерферируют с нулевой разностью хода и имеют совпадающие по амплитуде и фазе волновые фронты. Если исследуемое излучение монохроматично, то

10 вся энергия попадает в калориметр 9 при любой разности хода. Этот случай соответствует корреляционной функции /(2Д/) 1. Если спектр излучения имеет конечную щирину и f (2Д/) -)-0 при , то при разности хода больщей длины когерентности согласно формуле (1) энергия распределяется поровну между калориметрами 9 и 10. Снимая показания калориметров при промежуточных значениях А/, можно построить зависимость отнощения энергии падающей в калориметр 10 к полной энергии, отраженной от кюветы 2. Это отношение совпадает с кореляционной функцией /(2А/) : 2///0-1, где / - показание калориметра 9, /о - сумма показаний калориметров 9 и 10.

Использование отражения с обращением волнового фронта в рассмотренном устройстве позволяет уменьшить количество измерений по сравнению с известным устройством, где измеряют интенсивность в точках, отстоящих друг от друга на расстоянии порядка длины волны света. В рассмотренном способе это расстояние может

5 быть сравнимо с длиной когерентности лазерного излучения и поскольку интерференционная картина не подвержена пространственной модуляции, то отпадает необходимость при каждом измерении настраиваться на максимум интерференционной картины. Именно это свойство позволяет непосредственно измерять корреляционную функцию и существенно повысить точность измерений. Применение двух калориметров

5 для измерения перераспределения энергии в результате интерференции позволяет устранить ошибку, связанную с нестабильностью отраженной энергии и, тем самым повысить воспроизводимость и точность из0 мерений.

Формула изобретения

1. Способ определения корреляционной 5 функции лазерного излучения, основанный на пространственном разделении световых лучков и их последующей интерференции, отличающийся тем, что, с целью непосредственного определения корреляцион0 ной функции с произвольной пространственной структурой световых пучков, световые пучки направляют на отражатель, обращающий волновой фронт, с получением полного перекрытия световых пучков в его объеме и измеряют отношение энергии в

одном из направлений раснространеиня ннтерферирующих волн к полной энергии, отраженной от отражателя, обран1,ающего волновой фронт, в зависимости от разности хода пучков.

2. Устройство для определения корреляционной функции лазерного излучения, содержащее интерферометр с полупрозрачным зеркалом и двумя отражателями, один из которых выполнен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и поворота, отличающееся тем, что, второй отражатель выполнен в виде кюветы с прозрачными окнами, заполненной нелинейной

средой, и расположенных но обе стороны от нее одномодового лазера н непрозрачного зеркала, при этом среда выбрана такой, что нелинейная поляризация среды нропорциональна третьей степени напряженности электрического поля излучения лазера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1- Франсон М., Сланский С. Когерентность в онтнке. «Наука, Физматлит, М., 1967, с. 41-43.

2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. «Наука, Физматлит, М., 1970, с. 331-337.