устройство для измерения функции временной когерентности

Формула изобретения

Устройство для измерения функции временной когерентности, содержащее светоделитель для деления исследуемого излучения на два пучка опорный и объектный, первое и второе зеркала, выполненные отражающими и размещенные соответственно в опорном и объектном пучках так, что последние сведены на нелинейной регистрирующей среде, две пары параллельных зеркал, первая из которых, размещенная по ходу опорного пучка, содержит третье зеркало и четвертое зеркало, выполненное полупрозрачным, а вторая пара, размещенная по ходу объектного пучка, содержит пятое зеркало и шестое зеркало, выполненное полупрозрачным, седьмое зеркало, выполненное отражающим и размещенное по ходу объектного пучка за регистрирующей средой, восьмое зеркало, выполненное полупрозрачным и расположенное по ходу опорного пучка перед регистрирующей средой и предназначенное для отражения излучения на блок регистрации, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит первую, вторую и третью линзы, при этом первая линза размещена в опорном пучке между регистрирующей средой и восьмым зеркалом, вторая линза размещена в объектном пучке между регистрирующей средой и парой параллельных зеркал, третья линза размещена между восьмым зеркалом и блоком регистрации, четвертое и шестое зеркала выполнены с переменным показателем отражения, третье и пятое зеркала выполнены непрозрачными и обращены отражающей поверхностью соответственно к четвертому и шестому полупрозрачным зеркалам, при этом третье и пятое зеркала расположены вне хода опорного и объектного пучков соответственно и на разных расстояниях от полупрозрачных зеркал в каждой паре, каждая пара параллельных зеркал установлена под углом к осям опорного и объектного пучков так, что обеспечивает попадание пучков, выходящих из первой пары и второй пары зеркал, в апертуры первой и второй линз соответственно, а седьмое отражающее зеркало выполнено сферическим вогнутым, причем центр кривизны этого зеркала совпадает с геометрическим центром нелинейной среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптической интерферометрии и может быть использовано для измерения функции временной когерентности (ФБК).

Известно устройство для измерения ФВК лазерного излучения [1] содержащее светоделитель, цилиндрический телескоп и диффузный экран, заключенный между двумя непрозрачными зеркалами и который выполняет роль диффузно отражающего объекта. Опорный пучок, отраженный от светоделителя, и объектный пучок, рассеянный диффузным экраном, записывают голограмму. По функции распределения яркости реконструированного изображения по глубине сцены определяют ФВК записывающего излучения.

Недостатком устройства является необходимость фотохимической обработки зарегистрированной голограммы, на что затрачивается дополнительное время, с последующим фотометрированием голографического изображения, что также значительно удлиняет по времени процесс измерения ФВК.

Известно устройство для измерения ФВК, выбранное в качестве прототипа [2] содержащее светоделитель, делящий излучение на опорный и объектный пучки, размещенную по ходу объектного пучка пару параллельных полупрозрачных зеркал и регистрирующую среду, блок регистрации, два отражающих зеркала, размещенные в опорном и объектном пучках, дополнительную пару параллельных полупрозрачных зеркал, размещенных по ходу опорного пучка между первым непрозрачным зеркалом и регистрирующей средой и установленных с возможностью изменения расстояния между ними, третьим отражающим зеркалом, размещенным по ходу объектного пучка, полупрозрачным зеркалом, расположенным по ходу опорного пучка между дополнительной парой полупрозрачных зеркал и регистрирующей нелинейной средой. Исследуемое излучение делится светоделителем на два пучка опорный и объектный, пучки отразившись от отражающих зеркал проходят каждый свою пару полупрозрачных зеркал и в регистрирующей среде записываются голограммы. Считывание голограмм осуществляется пучком, отраженным от третьего отражающего зеркала, восстановленный пучок выделяется полупрозрачным зеркалом и направляется на блок регистрации, где строится нормировочная кривая, затем изменяется расстояние между зеркалами в паре полупрозрачных параллельных зеркал в объектном пучке и в результате аналогичных действий в блоке регистрации строится новая кривая, которая делится на нормировочную и получается результирующая зависимость, представляющая собой функцию временной когерентности исследуемого излучения.

Недостатком известного средства является то, что оно не обеспечивает высокой точности измерения, т.к. необходимо производить два импульса излучения, которые могут значительно отличаться друг от друга. Кроме того, эти два импульса лазерного излучения следуют друг за другом через определенный интервал времени, что понижает производительность измерений.

Задачей изобретения является повышение точности и производительности устройства.

Эта задача решается за счет того, что в устройство для измерения функции временной когерентности, содержащее светоделитель для деления исследуемого излучения на два пучка опорный и объектный, два отражающих зеркала, размещенных в опорном и объектном пучках и сводящих последние на нелинейной регистрирующей среде, две пары параллельных зеркал по ходу объектного и опорного пучков с одним полупрозрачным зеркалом в каждой паре, третье отражающее зеркало, размещенное по ходу объектного пучка за регистрирующей средой, полупрозрачное зеркало, расположенное по ходу опорного пучка перед регистрирующей средой и предназначенное для отражения излучения на блок регистрации, дополнительно введены три собирающие линзы, две из которых расположены в опорном и объектном пучках между регистрирующей средой и соответственно полупрозрачным зеркалом и парой параллельных зеркал, а третья между полупрозрачным зеркалом и регистрирующим устройством, полупрозрачные зеркала пар выполнены с переменным показателем отражения по длине, вторые зеркала каждой пары параллельных зеркал выполнены непрозрачными, обращены отражающей поверхностью к полупрозрачным зеркалам, расположены вне хода опорного и объектного пучков и на разном расстоянии от полупрозрачных зеркал в каждой паре, каждая пара параллельных зеркал установлена под углом к объектному и опорному пучкам таким образом, что обеспечивает попадание вышедших из них пучков в апертуры линз, а третье отражающее зеркало выполнено сферическим вогнутым, причем центр кривизны зеркала совпадает с геометрическим центром нелинейной среды.

При решении поставленной задачи создается технический результат, который заключается в обеспечении равной интенсивности пучков, выходящих из пар параллельных зеркал, что достигается благодаря выполнению полупрозрачных зеркал в парах параллельных зеркал с переменным показателем отражения, изменяющимся ступенчато; расположению отражающего зеркала вне опорного и предметного пучков; установке пар зеркал по углом к опорному и предметному пучкам, которые попадая в апертуру линз собираются в центр нелинейной среды и блок регистрации. Различные расстояния между зеркалами в парах формируют серию импульсов с измененной величиной задержки. Выполнения условия Брэгга при считывании голограмм обеспечивает наличие вогнутого сферического зеркала с центром кривизны, совпадающим с геометрическим центром нелинейной среды. Так как запись голограмм в нелинейной среде ведется пучками равной интенсивности, отпадает необходимость производить два импульса (по одному из которых в прототипе необходимо было строить градуировочную кривую), поэтому повышается точность и производительность измерения ФВК.

Заявляемое устройство характеризуется новой совокупностью существенных признаков, обеспечивающих достижение технического результата, что позволяет повысить точность и производительность измерения ФВК.

Изобретения поясняется чертежом.

Устройство содержит светоделитель 1, разделяющий исследуемый пучок на два опорный и объектный, два непрозрачных зеркала 2, 3, две пары параллельных зеркал 4, 5 и 6, 7, зеркала 5, 7 выполнены полупрозрачными с переменным показателем отражения по длине зеркала, зеркала 4, 6 непрозрачные обращены отражающей поверхностью к полупрозрачным зеркалам 5, 7 и расположены на разном расстоянии от них в каждой паре. Расстояние между зеркалами 4, 5

l₁=c

где с скорость света в вакууме

длительность импульса (= 20 нс)

расстояние между зеркалами 6, 7

l₂=c+l;

l выбирается произвольно отлично от 0 и в данном примере l = 0,01c Кроме того, зеркала 4, 6 расположены вне опорного и объектного пучков так, чтобы пучки проходили мимо них и попадали сразу на зеркала 5, 7, а потом, отразившись, попадали на зеркала 4, 6, полупрозрачное зеркало 8, расположенное по ходу опорного пучка между парой параллельных зеркал 6, 7 и регистрирующей нелинейной средой 9 и сероуглерода CS₂, третье отражающее сферическое вогнутое зеркало 10, установленное за регистрирующей средой 9 по ходу объектного пучка, центр кривизны зеркала 10 совпадает с геометрическим центром нелинейной среды 9, блок регистрации 11, представляющий собой запоминающий осциллограф, собирающие линзы 12, 13, 14, расположенные соответственно в объектном пучке между парой параллельных зеркал 4, 5 и регистрирующей средой 9, в опорном пучке между полупрозрачным зеркалом 8 и регистрирующей средой 9 и между прозрачным зеркалом 8 и блоком регистрации 11, каждая пара параллельных зеркал 4, 5 и 6, 7 расположена под малым углом к опорному и предметному пучкам, который выбирается таким образом, чтобы все вышедшие из пар зеркал пучки попадали в апертуру линз 12, 13.

Устройство работает следующим образом.

Излучение рубинового лазера с длиной волны l 694,3 мкм, работающего в режиме модуляции добротности, направляется на светоделитель 1, делится на два пучка, опорный и объектный, отразившись от непрозрачного зеркала 3 опорный пучок попадает на полупрозрачное зеркало 7, выполненное с переменным показателем отражения, изменяющимся ступенчато, которое пропускает излучение одинаковой интенсивности в каждом пучке, отражается от зеркала 7 попадает на зеркало 6, после чего, пройдя полупрозрачное зеркало 8, собирается линзой 13 на нелинейную среду 9. Объектный пучок, отразившись от непрозрачного зеркала 2, проходит пару зеркал 4, 5, идентичных зеркалам 6, 7 но с расстоянием, отличающимся на Dl Зеркало 5 пропускает столько же пучков равной интенсивности, что зеркало 7, которые затем, отразившись от зеркала 4, собираются линзой 12 на нелинейную среду 9 с измененной величиной задержки. Записанные на нелинейной среде 9 голограммы считывают пучком, отраженным от зеркала 10, который пройдя линзу 13 и отразившись от полупрозрачного зеркала 8 собирается линзой 14 в блок регистрации 11, который сразу выдает кривую ФВК.

Использование предлагаемого изобретения позволяет:

1. Повысить точность измерения ФВК, т.к. отражает необходимость построения градуировочной кривой, а все измерение ФВК производится за один импульс;

2. Повысить производительность устройства, т.к. отпадает необходимость производить два импульса лазерного излучения и строить по двум кривым результирующую, т.е. в предлагаемом изобретении за один импульс на экране осциллографа высвечивается кривая ФВК.