SU1658041A1 - Способ определени контраста интерференционного пол - Google Patents

Abstract

Изобретение откоситс  к оптическим измерени м и может быть использовано дл  определени  степени когерентности излучени  различных лазерных источников света, а также дл  определени  контраста интерфе- ренционно-голографических структур в схемах дл  регистрации голограмм. Цель - упрощение и расширение спектральной области применени  способа. Способ состоит в регистрации интерференционной картины на светочув- ствительном материале. В качестве светочувствительного материала используют материал, обладающий скачкообразным изменением пропускани  или отражени  под действием излучени . Измер ют усредненную по площади плотность энергии Ic« исследуемого интерференционного пол , освещают зарегистрированную интерференционную картину и определ ют величину усредненного по площади коэффициента пропускани  Т или отражени  R, а искомый контраст, наход т из зависимостей Р (Inop/ cp O/cos/iT(T- -Т,,)/ - Т0) или Р (1„ор/1ср - 1)/cosff(R - R0)(R, - R0), где I pop - плотность энергии излучени , при которой происходит скачкообразное изменение коэффициента пропускани  от То до Т, или коэффициента отражени  от R0 до R, TO - исходный коэффициент пропускани , Т, - конечный коэффициент пропускани , RO - исходный коэффициент отражени  , R - конечный коэффициент отражени . 7 ил. с е (Л О5 сл 00

Description

Изобретение относитс  к оптическим измерени м и может быть использовано дл  определени  степени когерентности излучени  различных лазерных источников света, а также дл  определени  контраста интерферен- ционно-голографических структур в схемах дл  регистрации голограмм.

Цель изобретени  - упрощение и расширение спектральной области применени  способа

На фиг.1 схематически представлена зависимость коэффициентов пропускани  Т; на фиг.2 - отражени  R от плотности энергии I дл  материала, скачкообразно измен ющего эти характеристики под действием излучени  (порогового материала); на фиг.З - распределение плотности энергии в интерференционном поле; на фиг.4 - рас пределепне пропускани  порогового материала , на котором зарегистрирована интерференционна  картина;на фиг.З - схема экспериментальной установки дл  конкретной реализации способа, где 1 - СО -лазер, 2 - светоделитель на  германиева  пластина, 3 - плоское зеркало, 4 и 5 - вогнутые зеркала , 7 - светочувствительный материал , 7 - He-Ne-лазер, 8 - линза, 9 - фотодиод, 10 - гальванометр; на фиг.6 и 7 - микрофотографии фрагмен- та интерференционной картины, зарегистрированной на полупрозрачной алюминированной стекл нной пластине, при различных значени х плотности энергии.

Как видно из фиг.1 и 2 при 1 1„ор |Т Т0 и R R0, а при I 1пок Г |Т - Т0 н R R,.Г

Таким материалом  вл ютс , например , тонкие металлические слои, нанесенные на стекл нную подложку. При .их облучении.световым пучком с плот- ностью энергии, превышающей 1пор, происходит испарение металлического сло , привод щее к скачкообразному изменению коэффициентов пропускани  и отражени .

Светочувствительный материал, об- ладающий пороговыми свойствами, подвергают воздействию исследуемого интерференционного пол , распределение интенсивности в котором описываетс  выражением

I - I (1 4- р cos 2fr-g-) (1)

где d - период интерференционной

картины; х - координата.

5

Величина 1С представл ет собой усредненную по площади плотность энергии в интерференционном поле.

Соответствующее распределение плотности энергии показано на фиг.Ч, где

We- ГСр 1 + Р « 1Мии Ч-РЬ В тех участках ннтерференцнон ной картины,где 1 I „„. дл  данного материала, происходит скачкообразное изменение его пропускани  или отражени . Распределение пропускани  в за-j регистрированной интерференционной

картине имеет вид, представленный на фиг.4.

Очевидно, что I „„- при значег

j. О

ни х х i-y, т.е.

./V а

пор 1вр 1 + Pcos7-2-).

(2)

Далее записанную на пороговом материале интерференционную картину освещают пучком света, диаметр сечени  которого много больше периода интерференционной картины, и определ ют усредненный по ее площади коэффициент пропускани  Т (или отражени  R), равный отношению интенсивности прошедшего (или отраженного) пучка к интенсивности падающего пучка. Нетрудно показать, что усредненные значени  Т и R св заны с шириной светлых и темных полос соотношени ми

т - TO d - -|-) 4 т,-|-; (3)

R R0 (1 - -f- 4 R|-J-. (4) Наход  из выражений (3) и (4) значени  --т- и подставл   его в выражение (2), получают

Ьор р 1 coef |-E-k.(

н

i«ro| icp 1 + p cos/ Ц-Е-ЦЧ 6

Найд  Р из формул (5) и (6), получают расчетные формулы дл  определени  контраста

. .

f йГ 5 /

COS

т - т х 1е

(7)

I.ctop /Icp - 1

I I I iWp мЬи

( /R - R а ч

cos и (Ј)

к t - KO

(8)

Соотношени  7 и 8, дающие простую и однозначную св зь между контрастом интерференционного пол  и пропусканием (или отражением) зарегистрированной интерференционной картины,выполн  ютс  именно дл  случа  регистрации на материале, скачкообразно измен ющем оптические характеристики поч действием излучени . Как нанесIH , в случае работы на линейном у члстки характеристической кривой с.веточунгтни- тепьного материала усредненного по площади интерференционной картины пропускание Т пропорционально величине IСр и совсем не зависит от контраста интерференционного пол .

Дл  расчета контраста по формулам 7 п 8, кроме измеренного значени  Т (или R), соответствующего определенному значению 1Ср, необходимо также знать Та, Т (или R o, R,) и I П0р , если они неизвестны из литературных данных, то они легко могут быть измерены , В частности, величины Т и Т, (R и RJ) наход т путем непосредственного измерени  коэффициента пропускани  (или отражени ) материала до его облучени  (Т0 и RQ) и после облучени  однородным полем при плотности энергии большей I п0Р (Т и RJ-) Что касаетс  величины Ipop, то дл  ее измерени  можно, например, подвергнуть материал интерференционной засветке при значени х плотности энергии IСр . как больших, так и мень Т-

Из совокупности зарегистрированных интерференционных картин выдел ют ту, на которой ширина светлых и темных полос одинакова , т.е. а

dТ ft + Т

При этом Т --г-- (или

I... т,.о;- .партии Т f p тм-педуемого инт Ь - пенци чН г м псчм , измерить усредненный пп площади литерферограм- мы коэффициент пропугкчни  (или пт- рпжснн  н рассчитать исьомып контраст по формулам 7 и 8.

В известном способа измер ютс  ло- кальнпе характеристики интерференцниннон картины, что существенно ограничивает его применение в случае интерференционных полей высокой прост панственной частоты. В предлагаема способе измер ют усредненные по

5 большой площади характеристики интерференционной картины и плотности энергии пол , что приводит к существенному упрощению как методики измерений , так и используемой аппаратуры.

Лногие материалы, такие, как ме- тиллизированные слои, скачкообразно мчмен ют свое пропускание (отражение) вследствие нагрева падающим излучением . Такие материалы практически

5 неселективны и могут работать в широким спектральном диапазоне от ультрафиолетовой до далевой инфракрасной областей спектра. В этом случае ,;:.ос игаетс  еще и существенное расши0 рент; спектрального диапазона его применимости.

Предлагаемый способ примен лс  дл  измерени  контраста интерференци- онно-голографических структур при исследовании процесса записи голо5

граггм в ПК-диапазоне.

R

R o+ R

--). Плотность энергии, при

которой зарегистрирована эта картина , соответствует I пор . то следует из формул 5 и 6, в которых при указанных соотношени х дл  Т, То и Tj (или R, R0 и RJ) будет выполн тьс  равенство I П0р 1Ср независимо от значени  контраста. Величины Т., Т (или R0 и RJ ) и I.pop  вл ютс  характеристиками данного порогового материала и повторного их измерени  при каждом акте определени  контраста интерференционного пол  не требуетс . Таким образом, дл  измерени  контраста интерференционного пол необходимо зарегистрировать интерференционную картину на материале, обладающем скачкообразным изменением коэффициента пропускани  или отражени , измерить усредненную по площади

Пример. В качестве порогово- го материала используют полупрозрачнос алюминированное зеркало с исходными коэффициентами пропускани  Т0 50% и отражени  RO 45%. Оптическа  схема показана на фиг.5. Источником света дл  создани  ннтерференционно-голографических структур  вл етс  импульсный СО -лазер 1, излучение которого на длине волны 10,6 мкм с помощью германиевой пластины 2 делитс  на два пучка. Плоскнм зеркалом 3 и вогнутыми зеркалами 4 и 5 модова  структура пучков совмещаетс  в плоскости регистрации голограммы. Дл  определени  контраста интерференционно-голографической

структуры в ту же плоскость помещают светочувствительный материал 6 - полупрозрачное алюминированное зеркало , на поверхности которого регистрируют интерференционно-голографи716

ческую структуру. Ее частота 12 лин/мм.

Дл  пределенин порогового значени  плотности энергии 1пор материал подвергают последовательно интерференционной засветке восемью лазерными импульсами с плотностью энергии 1С« , в диапазоне 0,1-0,8 Дж/ /см . Измерение I ср осуществл етс  с помощью измерител  энергии и мощности лазерного излучени  ИМО-2Н. Из совокупности зарегистрированных интерференционных картин выдел ют ту, у которой ширина светлых и тем- ных полос одинакова . Плотность энергии , при которой зарегистрирована эта картина, и  вл етс  пороговой и в этом случае составл ет 0,2 Дж/см При данном значении I Ср I ло « 0,2 Дж/см происходит скачкообразное изменение коэффициента пропускани  от Т0 - 50% до Т { - 95% и коэффициента отражени  от Re ™ 45% и R - 4%.

. В качестве примера на фиг.6 и 7 представлены фотографии микроструктуры интерференционной картины, зарегистрированной на данном материале при значени х плотности энергии 1ср I пор ™ 0,2 Дж/см (см. фиг.6) и 1Ср - 0,36 Дж/см2 (см.фиг.7).

После регистрации одна из интерференционных картин -освещаетс  пучком Не-Не-лазера 7. Например, вы- бирают картину, зарегистрированную при Ice a 0,36 Дж/см . С помощью линзы 8 все дифрагированные на интерференционной картине пучки направл ютс  на фотодиод К-19 9, фото- ток которого измер етс  гальванометром 10. Определ етс  усредненный по площади коэффициент пропускани  Т, дл  чего измер етс  интенсивность падающего и прошедшего через интер- ференционную картину лазерного пучка . Дл  определени  усредненного по площади коэффициента отражени  Р интерференционна  картина освещаетс  пучком Не-Не-лазера со стороны от- ражающего сло  и измер етс  интенсивность падающего и отраженного излучений .

Дл  интерферограммы, показанной на фиг.7, коэффициент пропускани  Т 83%, а коэффициент отражени  R

15Z. Подставив значени  Т - 83%, Ј Т0 - 50%, Т - 957, и Inop-° 2 в формулу 7, получают дл  контраста

8

величину Р 0,7. Подставив значени  R 15%, R0 - 50%, R, 4% Inep 0,2 Дп/смг в формулу 8, получают дл  контраста ту же величину Р - 0,7.

Таким образом, с помощью предлагаемого способа определен контраст интерференционного пол  в ИК-области спектра, при этом существенно упрощена как процедура измерени  контраста, так и примен ема  аппаратура.

Claims (1)

1. Предлагаемый способ может быть использован дл  определени  степени когерентности лазерного излучени ,в когерентной оптике и голографии. Формула изобретени 

   Способ определени  контраста интерференционного пол , заключающийс  в регистрации интерференционного пол  на светочувствительном материале, измерении плотности энергии излучени , отличающийс  тем,- что, с целью упрощени  и расширени  спектральной области применени  способа , в качестве светочувствительного материала используют материал, обладающий скачкообразным изменением пропускани  или отражени  под действием излучени , измер ют усредненную по площади плотность энергии 1м исследуемого интерференционного пол , освещают зарегистрированную .интерференционную картину и определ ют величину усредненного по площади коэффициента пропускани  Т или отражени  R, а искомый контраст наход т из зависимостей

   ifilL - t р „ lie.

   costf ) АО

   «

   или

   где I

   лор

   , - RO

   плотность энергии излучени , при которой происходит скачкообразное изменение коэффициента пропускани  от Ть до Tj или коэффициента отражени  от RO до R(; коэффициент пропускани  до облучени  материала однородным полем при плотности энергии большей I,0pj

   - коэффициент пропускани  после облучени ;

   - коэффициент отражени  до облучени  материала однородным полем при

   3flop

   плотности энергии, большей 1пор;

   коэффициент отражени  после облучени .

   Фиг.2

   Фиг Л

   Фиг.5

   О df 02 0,3 О 0,5 0,6(мп) Фиг. 6

   9 Ю

   а

   .7