Способ измерения радиуса кривизны фазового фронта пучка электромагнитного излучения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4(511 Н О 1 б 3/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 121) 3673108/24-25(22) 14.12.83Йб) 30,04,85. Бюл. В 1672) В. А. Епишин, В. Я. Заславский,М. В. Неофитный и С. С. Пржевский71) Харьковский ордена ТрудовогоКрасного Знамени и ордена ДружбыНародов государственный университетим. А. М. Горького(53) 535.24088.8)156) 1. К, ГагогвЕх "Меавигешепг оГгде чаче-Ггопг сигчаиге оЕ вша 11ЙашеТег 1 авег Ьеашв ив 1 п 8 СЬе Роиг 1 ег дша 8 п 8 рЬепошепоп" "Ор 1:з.свапй Ьавег гесЬпо 1 оВУ ч. 11, У 2,1979, р. 91-94.2. Коряковский А. С.,Марченко В.М.Интерферометрия оптических неоднородностей активных сред лазеров наоснове эффекта Тальбота - "Квантоваэлектроника", Т. 7, 1980 9 .5,с. 1048-1057 (прототип ),801153372 А 54) 157) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСАКРИВИЗНЫ ФАЗОВОГО ФРОНТА ПУЧКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающийпропускание пучка через периодическую дифракционную структуру, регистрацию дифракционной картины и определение по параметрам этой картины искомого радиуса кривизны, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, .сцелью сокращения времени измерения,дифракционную картину регистрируютв плоскости мультиплицированногоиэображения данной структуры по от"ношению к падению на нее плоской волны, определяют на одном периодеупомянутой картины отношение максимальной интенсивности поля в области расположения искаженной тени кминимальной интенсивности поля вобласти неискаженной тени, по которому из калибррвочной кривой находятмодуль искомого радиуса кривизны,фиксируют взаимное расположение указанных теней по отношению к калибровочной метке и по нему определяютзнак радиуса кривизны фазового фронта исследуемого пучка излучения.115 ЗЗ 72Изобретение относится к способамизмерения кривизны фазового фронтапучков электромагнитного излученияи может использоваться в квантовойэлектронике при проведении оптических исследований.Известен способ определения кривой фазового фронта пучка электромагнитного излучения. Согласно этомуспособу пучок пропускают через периодический транспарант, затем регистрируют период дифракционной картины в плоскостях саморепродукции,удаленных от транспаранта на расстояния 2, = шТ /Л где Л - длина волныизлученйя,Т - период транспаранта,.ш = 1, 2 3, По отклонению периодадифракционной картины от периода транспаранта определяют радиус кривизныфазового фронта 11,2 ОДанный способ измерений применимдля исследования импульсных волновыхпучков, однако обладает невысокойчувствительностью и требует большихзатрат времени на микроскопическую 25обработку дифракционных изображений.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ измерения радиуса кривизны фазового фронта пучка электромагнитногоизлучения, включающий пропускание пучка через периодическую дифракционнуюструктуру, регистрацию дифракционнойкартины и определение по параметрамэтой картины искомого радиуса кривиз .35ны. Согласно этому способу пучок пропускают через периодическую дифракционную структуру, затем олределяют местоположение плоскости саморепродукции указаннои структуры и ее смещение относительно плоскости саморе- продукции, наблюдаемой при падении пучка с плоским фазовым фронтом. По смещению плоскости саморепродукции определяют кривизну фазового Фронта, Направление искривления Фазового фронта определяют по тому дальше, или ближе плоскости эталонной само- репродукции смещается плоскость мак О симального контраста изображения 23Недостаток прототипа - большая затрата времени на проведение измерений, вызванная тем, что в процессе измерений необходимо определить смещение, плоскости саморепродукции.Целью изобретения является сокра щение времени измерения. 2Поставленная цель достигается тем, что"согласно способу измерения радиуса кривизны фазового Фронта пучка электромагнитного излучения, включающему пропускание пучка через редкую периодическую дифракционную структуру, регистрацию дифракционной картины и определение по параметрам этой картины искомого радиуса кривизны, дифракционную картину регистрируют в плоскости мультиплицированного изображения данной структуры по отношению к падению на нее плоской волны, определяют на одном периоде упомянутой картины отношение максимальной интенсивности поля в "области расположения искаженной тени к минимальной интенсивности поля в области неискаженной тени, по которому изкалибровочной кривой находят модульискомого радиуса кривизны, Фиксируют взаимное расположение указанныхтеней по отношению к калибровочнойметке и по нему определяют знак радиуса кривизны фазового фронта исследуемого пучка излучения,В основу способа положен тотФакт, что прп падении па редкую периодическую дифракционную структурупучка излучения в плоскостях, удаленных от структуры на расстоянияЕ = Т р/В, где р - несократимая п 1 тавильная дробь, Л - длина волны излучения, возникают мультиплицированныеизображения диФракционной структуры.Б случае отличия фазового Фронта падающего лучка от плоского происходиткачественное изменение картины мультиплицированного изображения, заключающееся в появлении искаженной,раздвоенной тени между контрастнымиполо с ".ми.На Фиг. 1 представленамикроденситограмма распределения оптическойплотности; на Фиг. 2 - вариант технической реализации предложенногоспособа.Нормировка на микроденситограммепроизведена на максимальную величинуоптической плотности в картине дифракционного изображения сетки.Искаженные тени, как видно изфиг. 1, расположены при этом напротив перегороцок дифракционной структуры. Уровень интенсивности всплескаполя в области искаженной тени ( дан 1ная область на микроденситограммеограничена пунктирной липиеп 1 по от 1 ношению к минимальному уровню интен3 1 1533 сивности наиболее контрастной тени зависит от степени искривления фазо-, вого фронта пучка. Установленная зависимость контраста всплеска в области искаженной тени мультиплицированного изображения позволяет оценить радиус кривизны фазового фронта. Конкретный график зависимости отношения вышеуказаннь 1 х интенсивностей поля от кривизны фронта получаем 0 предварительной калйбровкой решетки пучком излучения с различным значе-нием радиуса кривизны.Расположение наиболее контрастных полос (теней ) в мультиплицированных 15 изображениях зависит от направления искривления фазового фронта.1 В случае расходящегося пучка вышеуломянуутые тени наблюдаются со сдвигом на Т/2, где Т - период структуры, относительно центра перегородок, в случае же сходящегося пучка наиболее контрастные тени наблюдаются напротив перегородок. Обязательным условием для реализации способа является регистрация дифракционной картины в плоскости мультиплицированного, а не само- репродуцированного изображения "дифракционной структуры, так как в плоскости саморепродукции при заданном искривлении фазового фронта не появляются искаженные тени, а происходит лишь изменение контраста изображения.Схема технической реализации одного из вариантов по предложенному способу для оптического диапазонаприприведена на фиг. 2. Исследуемый пучок 1 света направляют на редкую периодическую сетку 2 с отношением ширины перегородок к периоду равным 5 х 10 . Перегородки сетки при этом бы. 40 ли нанесены методом фотолитографии 72 4на прозрачную поверхность. Экспериментальное определение зависимостиконтраста всплеска в области искаженной тени мультиплицированногоиэображения от искажения фазовогофронта производилось с помощью эталонного излучения. Картина мультиплицированного изображения дифракцнонной структуры в плоскости 3 наблюдения, удаленной на расстояние Ь= Т /2 Ъ, регистрировалась на фотопленку. Фотометрирование дифракционнойкартины производилось с помощью мик -роденситометра, характерный отрезокполученной микроденситограммы и показан на фиг, 1. Радиус кривизны определяют по отношению уровня интенсивности максимального всплеска в области искаженной тени (на микроденситограмме данная область ограниченаштриховой линией ) к минимальному уровню интенсивности неискаженной тени.Уровни оптической плотности в областиискаженной тени и контрастной тенипоказаны на фиг, 1 стрелками. Неискаженные тени сдвинуты относительноперегородок дифракционной структурына Т/2, что дает возможность сделатьзаключение о том, что пучок был расходящимся, Для определения кривизныфазового фронта по данному способулучше выбирать для анализа период,расположенный в центре дифракционнойкартины.Б предложенном способе измеренийотпадает необходимость в определениипериода или смещения плоскости максимального контраста саморепродуцированного изображения дифракционной структуры, что позволяет примерно вдва раза сократить время измерений,