Способ определения нелинейности показателя преломления оптических сред

(56) Могап М.С., Уао БЬе С., Сагшап К.1"1 пгегйегошесг 1 с шеаяцгетепГя ой где поп 11 пеаг геГгасгче-дпйех соеГг 1 с 1 епг ге 1 аг 1 е го СЯ п 1 аяег-яуяеш-ге 1 аСед шагег 1 а 1 я. - 1 ЕЕЕС. Чиапгшп Е 1 есггопся, (1 Е, 11, У 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. ью изолнойазател сре ды за скоэффициля преллинейно ет(54) СПОСОБ ПОКАЗАТЕЛЯ СРЕД(57) Изобре измерения ф и может быткой промышл тических ср нейности по ПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИЕЛОМЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ сится к технике свойств вещества вано в оптичеся аттестации опффициентам нелиреломления. Цеение отн зических использнности длд по коэазателя та и 2 ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ Св ретения является полученинформации о нелинейностипреломления исследуемойет совместного определениентов нелинейности показамления исследуемой средыполяризованного света и с поляризованного по кругу, для чегоформируют мощную эллиптически поляризованную волну, направляют ее в ис следуемый образец, регистрируют угол поворота эллипса поляризации волны, прошедшей исследуемый образец, часть мощной эллиптически поляризованной волны направляют в эталонный образец, регистрируют угол поворота эллипса поляризации волны, прошедшей эталонный образец, через исследуемый образец одновременно пропускают навс тречу друг другу две мощные эллиптически поляризованные волны равной ин тенсивности, регистрируют предельный 1угол поворота эллипса поляризации света, прошедшего через исследуемый образец, и определяют по формулам ко эффициенты нелинейности показателя преломления исследуемой среды для ли нейно поляризованного све света,ляризованного по крИзобретение относится к техникеизмерения физических свойств вещества и может быть использовано в оптической промьнпленности при аттестации1)оптических сред по коэффициентам нелинейности показателя преломления(НПП).Цель изобретения - повьппение информативности способа за счет обеспечения возможности совместного определения коэффициентов нелинейностипоказателя преломления этой среды длялинейно поляризованного света п 7 л исвета, полЯРизованного по кРУгу, пл . 1 Ь7 кГНа фиг.1 представлены зависимостиугла поворота эллипса поляризации отинтенсивности света для бегущей эллиптически поляризованной волны (а)и для встречных эллиптиЧески поляризованных волн равной интенсивности(б); на фиг.2 - оптическая схема устройства, с помощью которого можетбыть осуществлен способ.Устройство содержит мощный лазер 251, поляризаторы 2-4, фазовый элемент 5, делительную пластину 6, калиброванный делитель 7 излучения,эталонный образец 8, полупрозрачноезеркало 9 с коэффициентом отражения, зоблизким к 1007, установленное перпендикулярно оптической оси, фотоприемник 10, исследуемый образец 11,зеркало 12,Расстояние с между исследуемымобразцом 11 и зеркалом 9 выбираютС 7равным 1 о 7 - , где С - скорость света; ь - длительность светового импульса. Это условие обеспечивает измерения в режиме бегущей волны.Мощный импульс от лазера 1 послепрохождения поляризатора 2 и фазового элемента 5 становится эллиптическиполяризованным, Часть световой волны, 45отражаясь от делительной пластины 6,поступает навход фотоприемника 10,другая часть поступает на калиброванный делитель 7 излучения, при этомчасть мощной эллиптически поляризован 0ной световой волны направляется вэталонный образец 8, другая часть - висследуемый образец 11. Из-за анизотропии показателя преломления, наведенной светом, в образцах происходитповорот эллипсов поляризации световыхволн, После прохождения образцов излучение через поляризаторы 3 и 4 поступает на вход фотоприемника 10. Углы поворота эллипсов поляризации в исследуемом окрас,л и эталонном озтал, образцах определяют по соотношению амплитуд, сигналов сфотоприемника, 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 средеопределяют также по соотношению амплитуд сигналов с фотоприемника, Для бегущей эллиптически поляризованной световой волны угол поворота эллипса поляризации в нелинейной среде зависит от интенсивности света следующим образом12 БКо т 17 л о и о где К - волновой вектор в вакууме;- длина среды;7771у - компонента тензора нелинейной восприимчивостисреды1 с - интенсивность световойволны.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 формулы12 Ы, п 7О зтал = -- Хватал зтал Ко ьо этал12 пКо 121Хцссл йссл (1 К) опо исслРегистрируя углы поворота эллипсов поляризации волн, прошедших образцы, компоненту тензора нелинейной восприимчивости исследуемой средыЛ 1можно определить следующим обисслразом7117 ПОИССЛОИССЛ л 9 тал К 711 лХ (2).(1- )Как видно из (2), для определения1271Х ,не требуется измерения интенсивности световой волны, что значительно упрощает способ, повьппает точность измерений.(4) 12 7 о уссл К 2 ртсл (5+соя 2 д пР)122 п, о д (1-К) Йиссл (1-соя 2 спр) 24 й Ы иссл К2 зтал (2+соя 2 С пр) 12 1ию (6)гпр п Ы (1-К) й ,(1-соя 2 спр)о этал Этффиссл где30г 35 50 сс агс я 2.п з о б Форм н и нелинейностиоптическихчто формируютки поляризор,=агсяп Способ определения показателя преломлени сред, состоящий в том зондирующую эллиптиче=агс я 2.п Для нахождения второго независимого параметра, определяющего НПП исследуемой среды, решена задача распространения в оптической среде мощ 5 ной эллиптически поляризованной волны в поле встречной эллиптически поляризованной волны равной интенсивности. Показано, что при этом связь между углом поворота эллипса поляри зации световой волны и ее интенсивностью отличается от (1), в частности с ростом интенсивности значения угла поворота е 1 асимптотически стремятся к максимальному предельному значению 15 1 5 - 1с( = - а гссоя ( ----- )пр1 +(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 - 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 Ы исс и Ы э, соответственно, а также значе 45 ние предельного угла поворота эллипса поляризации световой волны, прошедшей исследуемую среду в поле встречной волны равной интенсивности Ыр, определяют по формулам Измерив предельный угол поворота ,эллипса поляризации световой волны, прошедшей через исследуемую среду, можно определить вторую компоненту тензора нелинейной восприимчивости исследуемой среды г 11 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, соответствующаясветовому импульсу, отраженному от делительной пластины;амплитуды сигналов с фотоприемника, соответствующиесветовым импульсам, прошедшим соответственно исследуемый и эталонный образцы врежиме бегущей волны;амплитуда сигнала с фотоприемника, соответствующая световому импульсу, прошедшемуисследуемый образец в режимевстречных волн равной интенсивности;угол разворота осей фазовойпластинки, относительно осейполяризатора.1 3269 б 2 6эллипса поляризации волны, прошедшей эталонный образец, затем через исследуемый образец одновременно пропускают навстречу друг другу две дополнительные эллилтически поляризованные волны равной интенсивности, регистрируют предельный угол 1 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 формуламл 12сбкгл К1 та (5+соз 2 с )и 121этел ф озтвл ти (1-К) осел(1-соа 2 Юпр) 24 1 с исси КР утаил (2+соз 2 с( пр )по тел ф это (1 1) исл (1 соз 2 др) 1 г т 1ды,ванную световую волну, направляют еев исследуемый образец, регистрируютуголд поворота эллипса поляризации волны, прошедшей исследуемый образец, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения информативности способа за счет обеспечения возможности совместного определения коэффициентов нелинейности показателяпреломления исследуемой среды для ли- Юнейно поляризованного света п и све..та, поляризованного по кругу пчасть эллиптически поляризованнойволны направляют в эталонный образец,регистрируют угол Ы тс, поворота 15 линейный показатель преч .25 ломления эталоннои среды; 5 компонента тензора нелинейной восприимчивости эталонной среК в ,цоля световой энергии,направляемая в эталонныи ооразец;- длина исследуемого образца;- длина эталонного образцаедактор Н.Киштулин Е, Рошко орре Заказ 3274/38 Тираж 776ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. дписн Производ нно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проект