Способ определения нелинейности показателя преломления оптических сред

Способ определения нелинейности показателя преломления оптических сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 интенсивности, 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 N 21/41

8f plf l7A» TL:„.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4046875/31-25 (22) 31.03.86 (46) 30.07.87. Бюл. 9 28 (72) Г.Б.Альтшулев, Н.P.Белашенков, В.Б.Карасев и А.В.Шатилов (53) 535.024 (088.8) (56) Moran М.G, Yao She С., Carman R.I.. "Interf егоmetric measurements

of the nonlinear refractive-index

coefficient rela t ive to CS in laser-system-related materials. — IEEEG

Quantum Electronics, QE. 11, Ф 6, 1975, р. 259.

Альтшулер Г.Б. и др. Прямое измерение компонент тензора нелинейной

-оптической восприимчивости, определяющих нелинейность показателя преломления оптических материалов. Письма в ЖТФ, 1977, т. 3, вып. 11, с.523. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ

ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

СРЕД (57) Изобретение относится к технике измерения физических свойств вещества и может быть использовано в оптической промышленности для аттестации оптических сред по коэффициентам нелинейности показателя преломления. Це„Л0„„1326962 А1 лью изобретения является 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 зллиптически поляризованной волны направляют в эталонный образец, регистрируют угол поворота элCl липса поляризации волны, прошедшеи эталонный образец, через исследуемый образец одновременно пропускают навстречу двуг дРугу две мощные эллнлтн— чески поляризованные волны равной ине тенсивности, регистрируют предельный

I угол поворота эллипса поляризации света, прошедшего через исследуемый образец, и определяют по формулам ко- ф4 эффициенты нелинейности показателя преломления исследуемой среды для ли- ф » нейно поляризованного света и света, {;© поляризованного по кругу, 2 ил. Cb

1-326962

Изобретение относится к технике измерения физических свойств вещества и может быть использовано в оптической промьнпленности при аттестации

)) оптических сред по коэффициентам нелинейности показателя преломления (НПП).

Цель изобретения — повьппение информативности способа за счет обес- 10 печения возможности совместного определения коэффициентов нелинейности показателя преломления этой среды для линейно поляризованного света п7л и света, поляризованного по кругу, n> . 16

2 кр

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

Устройство содержит мощный лазер 25

1, поляризаторы 2-4, фазовый элемент 5, делительную пластину 6, калиброванный делитель 7 излучения, эталонный образец 8, полупрозрачное зеркало 9 с коэффициентом отражения, близким к 100Х, установленное перпендикулярно оптической оси, фотоприемник 10, исследуемый образец 11, зеркало 12.

Расстояние t, между исследуемым образцом 11 и зеркалом 9 выбирают

С« равным 3. о 7 —, где С вЂ” скорость света; ь — длительность светового импульса. Это условие обеспечивает из- 4п иерения в режиме бегущей волны.

Мощный импульс от лазера 1 после прохождения поляризатора 2 и фазового элемента 5 становится эллиптически поляризованным. Часть световой волны, 45 отражаясь от делительной пластины 6, поступает на вход фотоприемника 10, другая часть поступает на калиброванный делитель 7 излучения, при этом часть мощной эллиптически поляризован 0 ной световой волны направляется в эталонный образец 8, другая часть — в исследуемый образец 11. Из-за анизотропии показателя. преломления, наведенной светом, в образцах происходит поворот эллипсов поляризации световых волн. После прохождения образцов излучение через поляризаторы 3 и 4 поступает на вход фотоприемника 10. Углы поворота эллипсов поляризации в исследуемом «)« „,„и эталонном о э,„„ образцах определяют по соотношению амплитуд, сигналов с фотоприемника, Устанавливают зеркало 9 вплотную за исследуемым образцом, обеспечивая, тем самым, измерения в режиме встречнораспространяющихся 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 световой волны угол поворота эллипса поляризации в нелинейной среде зависит от интенсивности света следук)щим образом

1 2 tt К о 771 о и о где К вЂ” волновой вектор в вакууме; — длина среды;

172) у — компонента тензора нелинейной восприимчивости среды

I0 — интенсивность световой волны.

При этом с ростом интенсивности света угол поворота с 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

1211 Ê0 17 7

«) зтал = утаил зтал К о

О Зтал

12пК,) 1271 к с„K „ „(1 K) I ° и«) «ссл

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

122« можно определить следующим обиссл разом

77.7.1 поиссл о иссл « sy«)«л K 117

k Ху,„л (2) о 1) Tolls о 3T«)))« Эта)«

Как видно из (2), для определения

7271

Х, „не требуется измерения интенсивности световой волны, что значительно упрощает способ, повьппает точность измерений.

1326962 122л где 11 1

1« 5 + соз2о пр,122

Х иссл 1 соз2 иссл

IIp (4) 12 IAccA К 2 QQ(yg (5+соз2д пр)

12г

Ыэ-„(1- ) 2исс (1-со82ЫПР) 24 7I иссл К 2 зтмл (2+cos2d Ilp)

12 2< и — — — — — — — — — — — — k (6) г пР n CL (1-К) E (1-соз2с пР) э™ о Этал Этол иссл где

27Т = f(d), ц П2

Ы с агс s 1T1 с э р =агс 81п

d. „ =arcsi

Для нахождения второго независимого параметра, определяющего НПП исследуемой среды, решена задача распространения в оптической среде мощ5 ной эллиптически поляризованной волны в поле встречной эллиптически поляризованной волны равной интенсивности. Показано, что при этом связь между углом поворота эллипса поляри- 70 зации световой волны и ее интенсив— ностью отличается от (1), в частности с ростом интенсивности значения угла поворота е асимптотически стремятся к максимальному предельному .значению 75

1 5$ — t

o(= — à rccos (- — — — )

llP

1+1 (3) Регистрация углов поворота эллипсов поляризации света в образцах основана на измерении изменения пропускания содержащего образец канала, которое обусловлено действием мощной световой волны. При этом где ДТ вЂ” изменение пропускания.

При использовании в качестве фазового элемента, например четвертьволновой пластинки, значения углов поворота эллипсов поляризации волн, прошедших исследуемый и эталонный образцы в режиме бегущей волны с исс„ и с(> „, соответственно, а также значе45 ние предельного угла поворота эллипса поляризации световой волны, прошедшей исследуемую среду в поле встречной волны равной интенсивности

Ы„р, определяют по формулам

Измерив предельный угол поворота ,эллипса поляризации световой волны, прошедшей через исследуемую среду, можно определить вторую компоненту тензора нелинейной восприимчивости исследуемой среды V,1 по формуле

Коэффициенты нелинейности показателя преломления исследуемой среды для линейно поляризованного света и света, поляризованного по кругу, имеют вид соответственно коэффициент пропускания полу-, прозрачного зеркала; коэффициент отражения делительной пластины; амплитуда сигнала с фотоприемника, соответствующая световому импульсу, отраженному от делительной пластины; амплитуды сигналов с фотоприемника, соответствующие световым импульсам, прошедшим соответственно исследуемый и эталонный образцы в режиме бегущей волны; амплитуда сигнала с фотоприемника, соответствующая световому импульсу, прошедшему исследуемый образец в режиме встречных волн равной интенсивности; угол разворота осей фазовой

3 . пластинки. относительно осей поляризатора.

Формула изобретения

Способ определения нелинейности показателя преломления оптических сред, состоящий в том, что формируют зондирующую эллиптически поляризо13269

62 6 эллипса поляризации волны, прошедшей эталонный образец, затем через исследуемый образец одновременно пропускают навстречу друг другу две дополнительные эллилтически поляризованные волны равной интенсивности, регистрируют предельный угол д поворота эллипса зондирующей эллиптически поляризованной световой волны, прошедшей через исследуемый образец, а коэффициенты нелинейности показателя преломления исследуемой среды для линейно поляризованного света и света, поляризованного по кругу, определяют по следующим формулам л

12 1 . сИ сгл К l»ei (5+соз2 с1 „) и, 2k< астма по этап тп и (" K) иссп (1-cos2 Мпр) 24 >> Ot èññë К Р птып (2+соз2с(пр ) по птап < это (" К) иск (1"-соя2о др)

1г г1

"Э и где <0 pygmy

1ги

Х пт ал ды, ванную световую волну, направляют ее в исследуемый образец, регистрируют угол g can поворота эллипса поляризации волны, прошедшей исследуемый образец, отлич ающийс я тем, что, с целью повышения информативности способа за счет обеспечения возможности совместного определения коэффициентов нелинейности показателя преломления исследуемой среды для ли- 1О нейно поляризованного света пг и света, поляризованного по кругу пг„ часть эллиптически поляризованной волны направляют в эталонный образец, регистрируют угол oL »» поворота f5 линейный показатель пре.25 ломления эталоннои среды; компонента тензора нелинейной восприимчивости эталонной с.реК вЂ”,цоля световой энергии, направляемая в эталонный образец; — длина исследуемого образца; — длина эталонного образца

1326962

Составитель С. Голубев

Техред И.Попович

Редактор Н.Киштулинец

Корректор E.Ðîøêî

Заказ 3274/38 Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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