Способ импульсного фокусирования оптического излучения

(50 4 ВСЕСОИЗВАПАТЕНТИ . БИБ/1" .,; ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТ ВТОРСКОМ р, 564. а адарч. 13, ФОКУ ЛУЧЕк оптике, а имения параметрами Изобретение относится к средствам управле ческого излучения.Цель изобретения родействия фокусировани ном упрощении способа з механических перемещени повышение быст я при одновремен а счет исключения й оптических эле схема реализациикспериментальныеизлучения на погб В Видимои обледуюши, (1), принадле й области спектра раметрами которо пропускают через лекулярным газом отражения от ди качестве которого ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский государственный университет(54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО СИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗ НИЯ(57) Изобретение относится к оптике, в частности к средствам управления параметрами оптического излучения. Целью изобретения ментов.На фиг. 1 представлена способа; на фиг. 2 и 3 - э данные по воздействию их казатель преломления 5 ласти.Способ осуществляют разом.Оптическое излучение жащее, например, видимо амплитудно-угловыми па го необходимо управлять, кювету 2, заполненную мо (згб, СГз,) посредством хроичного зеркала 3, в 301483421 2является повышение быстродействия фокусирования при одновременном упрощении способа за счет исключения механических перемещений оптических элементов. Повышение быстродействия достигается за счет пропускания оптического излучения через газообразную среду с заданным пространственно-временным режимом изменения длины оптического пути, задаваемым импульсным оптическим излучением на частоте возбуждения колебательных степеней свободы молекул газа, при этом форму и длительность импульса оптического излучения устанавливают исходя из заданного времени фокусирования и распределения длины оптического пути фокусирчемого излучения.3 ил. может быть использована пластина из Се,расположенная под углом Брюстера к импульсному инфракрасному излучению )з (4).Как показывают расчеты, при таком расположении зеркала 3 потери на пропусканиедля пучка 1 з составляют величину:Л 12- = япогл.ае 1 з,3где а о.ае - коэффициент поглощения материала пластины;з - эффективная толщина зеркаладля пучка 1 з,,12 - интенсивность инфракрасногопучка;Л,2 - потери интенсивности пучка.Тогда величина Л,4/.2 при 1 з,= 1 см непревышает на 3=10 мкм нескольких процентов (где 1,. - длина волны),Коэффициент отражения для А в видимойобласти спектра при косом падении на германиевую пластинку близок к 100 О 4. Давле 1483421ние молекулярного газа в кювете 2 поддерживается на уровне (1 - 10) торр, выбор величины давления определяется близостью л,. к максимуму полосы поглощения молекулярного газа. Блокирование излучения 3 на выходе из кюветы обеспечивается или самим молекулярным газом, или специальным фильтром 5, установленным на выходе из кюветы 2 и изготовленным из материала, прозрачного в видимой области спектра и непрозрачного для Х, (например, для Ь= =10 мкм это ЫР, СаР).Управление пространственным распределением поля 3 в поперечном сечении пучка производится, например, изменением геометрии резонатора (типы зеркал, размер внутрирезонаторной диафрагмы) источника 3, Изменение динамики возбуждающего поля может быть осуществлено вариацией параметров активной среды источника А, Так, для источника в области Х=9,4 - 10,6 мкм - лазера на угпекислом газе, увеличение концентрации М в рабочей смеси от 5 Я до 25 О," приводит к увеличению длительности импульса 3 от - 100 до 500 - 600 нс. Получение импульсов ИК-излучения меньшей длительности (1 - 10 нс) возможно при использовании других методов, в частности метода синхронизации мод.Таким образом, возможное изменение длительности фронта нарастания импульса т находится в пределах от 10 " до 10с.Создав в газовой среде (кювета 2) градиент степени возбуждения, характер которого определяется видом распределения в пучке 1, получают в случае использования гауссова пучка возбуждения А=ЗоехрХ )( ( - рК) распределение неоднородности и среды, пропорциональное А.Фокусирующая способность полученнойлинзы определяется по формуле:)Х2 ЛпГгде Лп - изменение показателя преломления газа;- длина кюветы с газом;Кп - радиус пучка,Пример. Величину эффекта изменения пгаза при колебательном возбуждении определяют на установке, основной частью которой является интерферометр Маха-Цендера. Эксперименты проводят в интервале плотностей энергии ф=0,1 - 1,0 Дж/см для 1 в диапазоне 9,4 - 10,6 мкм. Данные о связи Лп газа и величины Ф при использовании молекулярного газа 5 Г 6 приведены на фиг. 2.Величина эффекта относительного измене 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Способ импульсного фокусирования оптического излучения, заключающийся в пропускании оптического излучения через среду с заданным пространственно-временным режимом изменения длины оптического пути, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия фокусирования при одновременном упрощении способа за счет исключения механических перемещений оптических элементов, оптическое излучение пропускают через молекулярный газ, воздействуют на газ импульсным оптическим излучением на частоте возбуждения колебательных степеней свободы молекул, при этом распределение энергии импульсного оптического излучения выбирают пропорциональным заданному распредЕлению длины оптического пути, а длительность импульса устанавливают исходя из времени фокусирования. 4ния Лп(п - 1) составляет 0,5 - 1,0 Я.на поглощенный квант излучения 3, Величина эффекта при использовании газа СГзЗ аналогична указанной величине для 5 Р.Динамику эффекта изменения и среды исследуют посредством изменения вида импульса возбуждения (длительности). Результаты приведены на фиг. 3, где кривые 6 и 7 - осциллограммы короткого и длинного импульсов возбуждения, кривые 8 и 9 - временной ход зависимости Ьп(1) для возбуждения импульсами 6 и 7 соответственно. Расчет показывает, что ход Лп (1) хорошо и практически безынерционно соответствует динамике изменения запаса колебательной энергии Е- молекул газа, заполняющего кювету 2, т. е, можно четко управлять динамикой изменения Лп газа, а следовательно, и фокусом оптической системы, с инерционностью не хуже 10 " с.Расчет величины Г /Ъм для случая, когда Ф=1 - 2 Дж/см, газ 5 Гь Р=1 - 10 торр, 1=1 м. Гафр =Ку ка/Одюфр, где Одер.=1,22 Х/2 Ьучка, таким образом 0,1( (Рк;/Е.(1,0, т. е. можно изменять угол индикатрисы пучка 31 примерно в 10 раз относительно дифракционного угла ЕЬф.Возможность перестройки в любом заданном режиме и задания любой длительности фокусирования при практически полной безынерционности перестройки обеспечивают перспективность способа при необходимости передачи энергии оптического излучения на большие расстояния с наименьшими потерями, что достигается уменьшением расходимости пучка, или повышения плотности оптической энергии на выходе системы.Формула изобретения, НС Составитель Л, АрхонтовРедактор Л. Пчолинская Техред И. Верес Корректор М. СамборскаяЗаказ 2830/44 Тираж 513 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул, Гагарина, 101