Голографическое устройство для управления лазерным излучением

Голографическое устройство для управления лазерным излучением

Реферат

 

(19)RU(11)1169452(13)C(51)  МПК ⁶    _G02B5/18Статус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Изобретение относится к когерентной оптике и может быть использовано для деления лазерного излучения и управления интенсивностью образованных пучков. Цель изобретения - деление излучения при одновременном управлении интенсивностью образованных пучков. На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства по первому варианту (п. 1 формулы изобретения); на фиг. 2 - оптическая схема устройства по второму варианту (п. 2 формулы изобретения); на фиг. 3 - оптическая схема устройства также по второму варианту (п. 3 формулы изобретения); на фиг. 4 - оптическая схема двухслойного голографического элемента, иллюстрирующая дифракцию лазерного излучения в +1-й порядок; на фиг. 5 - зависимость дифракционной эффективности +1-го порядка от изменения оптической толщины четырехслойного элемента. Голографическое устройство для управления лазерным излучением по первому варианту (фиг. 1) выполнено в виде многослойного голографического элемента 1, расположенного на поворотном столике 2 и состоящего из N+2 параллельно расположенных идентичных дифракционных решеток 3, жестко закрепленных относительно друг друга и размещенных оптически прозрачной средой 4. Устройство по второму варианту (фиг. 2) выполнено в виде многослойного голографического элемента 1, состоящего из N+2 параллельно расположенных идентичных дифракционных решеток 3, жестко закрепленных относительно друг друга и разделенных оптически прозрачными элементами 4, по крайней мере часть 5 из которых выполнена в виде пластин из электрооптического или пьезоэлектрического материала. В устройстве, показанном на фиг. 3, по крайней мере часть дифракционных решеток 3 разделена пьезокерамическими трубками 6, торцы которых жестко соединены с этими дифракционными решетками. Многослойный голографический элемент 1 образован в результате экспонирования двумя плоскими волнами слоистой структуры, состоящей из N+2 светочувствительных слоев, разделенных оптически прозрачной средой 4. После обработки светочувствительного материала получается элемент, состоящий из N+2 дифракционных решеток 3, которые расположены параллельно друг другу и разделены прозрачной средой. Наименьшее расстояние l_мин между дифракционными решетками 3 определяется по формуле l_мин= , где - длина волны восстанавливающего излучения; n - показатель преломления оптически прозрачной среды, разделяющей дифракционные решетки; - угол между записывающими волнами. Наибольшие расстояние l_макс и число N_макс дифракционных решеток можно определить из соотношения Технически реализуемые величины наибольшего числа дифракционных решеток, а также наибольшего и наименьшего расстояний между ними: N_макс=50; l_макс=5 см; l_мин=10 мкм. Для объяснения принципа работы устройства рассмотрим процесс дифракции на примере двухслойной голограммы (фиг. 4). Пучок +1-го порядка (I+1) образуется в результате дифракции падающей волны в нулевой (Р₁=0), плюс первый (Р₁=+1), минус первый (Р₁=-1), плюс второй (Р₁=+2) и т.д. порядки на первой решетке и последовательной дифракции каждого из образованных пучков в порядки, соответственно равные плюс первому (Р₂=+1), нулевому (Р₂=0), плюс второму (Р₂=+2), минус первому (Р₂=-1), и т.д. То есть пучок +1-го порядка образуется в том случае, когда сумма дифракционных порядков при дифракции лазерного излучения на первой и второй решетке будет равна 1. Аналогично получается пучок, дифрагирующий в m-й порядок на (N+2)-слойном голографическом элементе, где m= 01,2,..., , а М - общее число пучков, образованных элементом 1. Дифракционная эффективность _m для m-го дифрагированного пучка, равная отношению интенсивности этого пучка к интенсивности падающей волны, определяется через функции Бесселя первого рода, которые описывают дифракционную эффективность каждой решетки. При этом дифракционная эффективность m-го порядка зависит как от величины экспозиции, так и от фазового набега, который приобретает волна, проходя через многослойный голографический элемент (то есть от его оптической толщины). Оптическую толщину многослойного оптического элемента 1 можно изменять тремя способами: изменяя угол падения падающей волны на голографический элемент; изменяя показатель преломления оптически прозрачного материала; изменяя расстояния между дифракционными решетками. Первый способ (первый вариант устройства) осуществляется поворотом многослойного голографического элемента 1 относительно падающей волны при установке его на поворотном столике 2. На фиг. 5 приведена зависимость дифракционной эффективности +1-го порядка от изменения оптической толщины четырехслойного элемента, который записывался на слоях бихромированной желатины, нанесенных на стеклянные пластины, толщина которых соответственно l₁=1,34 мм; l₂=3 мм; l₃=1,34 мм. Угол между двумя записывающими плоскими волнами был равен 2^о2^,. В схемах записи и восстановления использовался Не-Сd лазер, длина волны которого равна 0,4416 мкм. Изменение оптической толщины четырехслойного голографического элемента осуществлялось его поворотом относительно падающей плоской волны с помощью поворотного столика. Используя в качестве оптически прозрачной среды (фиг. 2, 3) между дифракционными решетками 3 электрооптических или пьезоэлектрических материалов 5 и 6, можно осуществить второй и третий способы (второй вариант устройства), управляя интенсивностью образованных пучков электрически. Действительно, при приложении к электрооптическим пластинам 5 (фиг. 2) электрического напряжения, меняется их показатель преломления, что приводит к изменению оптической толщины многослойного голографического элемента 1. Таким образом, осуществляется перекачка энергии из одних дифрагирующих пучков в другие, то есть управление их интенсивностью. При приложении электрического поля к пьезоэлектрическим пластинам 5 (фиг. 2) или к пьезокерамическим трубкам 6 (фиг. 3) меняется их длина, то есть расстояние между дифракционными решетками, что также ведет к изменению интенсивности дифрагировавших пучков. Голографические решетки могут быть записаны на любых светочувствительных слоях, например на бихромированной желатине или на галогенидосеребряных слоях. Величина углов между записывающими волнами определяет угол между дифрагирующими пучками. Количество образовавшихся пучков зависит от величины экспозиции, от угла между записывающими волнами и от количества решеток. Чем больше экспозиция и количество решеток и чем меньше угол, тем больше дифрагирующих пучков. Этими же параметрами, а также расстояниями между решетками определяется вид зависимости дифракционной эффективности от изменения оптической толщины многослойного оптического элемента. Например, для двухслойной голограммы при малых экспозициях зависимость дифракционной эффективности 1-го порядка от оптической толщины имеет косинусоидальный характер. Таким образом, данное устройство может быть использовано в качестве управляющего элемента для разделения лазерного излучения и изменения интенсивности образованных пучков. При этом может быть получено большое число пучков. Так, например, на двухслойном голографическом элементе, образованном экспонированием слоев бихромированной желатины с экспозицией 28000 эрг/см² двумя плоскими волнами, сходящимися под углом 2^о, было получено 19 пучков. При этом обеспечивается точность воспроизведения угла между разделенными пучками 0,5^,. Максимальная теоретическая величина дифракционной эффективности для двухслойного и четырехслойного голографических элементов, для нулевого, первого и второго порядков достигает значений 91; 67; 27,7 и 83,2; 85; 32,4% соответственно.

Формула изобретения

1. ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, содержащее две параллельно расположенные дифракционные решетки, отличающееся тем, что, с целью деления излучения при одновременном управлении интенсивностью образованных пучков, в него введены еще N дифракционных решеток, идентичных первым двум и параллельных им, где N=0,1,2,..., причем все дифракционные решетки жестко закреплены относительно друг друга, установлены с возможностью совместного разворота вокруг оси, перпендикулярной оптической оси устройства, и разделены оптически прозрачной средой. 2. Голографическое устройство, содержащее две параллельно расположенные дифракционные решетки, отличающееся тем, что, с целью деления излучения при одновременном управлении интенсивностью образованных пучков, в него введены еще N дифракционных решеток, идентичных первым двум и параллельных им, где N=0,1,2,..., причем все дифракционные решетки жестко закреплены относительно друг друга и разделены оптически прозрачными в рабочей световой зоне элементами, по крайней мере часть из которых выполнена из электрооптического или пьезоэлектрического материала. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что элементы из пьезоэлектрического материала выполнены в виде пьезокерамических трубок, торцы которых жестко соединены с примыкающими к ним дифракционными решетками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.03.1995

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2002

Извещение опубликовано: 27.12.2002