Устройство для импульсной модуляции коэффициента отражения оптического излучения

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 05438 А 02 Р 1/035 ТЕН ИДЕТЕЛ ЬСТВ АВТОРСКОМ(56) Наг 1 па М., Ко)агпЧ.17, М 22, р. 842.Наг 1 па МКо)ащЧ.21, И. 21, р. 3461,%12 государственный А.Коротков, А.Г.П Хикматов 1, - Е 1 естгоп.1 етт,а 1, - Арр 1, Орт 1 сз,оп ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ И Изобретение относится к оптике, а именно к средствам управления параметрами оптического излучения.Целью изобретения является расширение спектрального диапазона, повышение быстродействия модуляции коэффициента отражения.На фиг,1 представлено распространение оптического излучения в средах с разной оптической плотностью; на фиг.2 - схема устройства; на фиг,3-4 - осциллограммы и кривая изменения коэффициента отражения.Устройство содержит источник 1 оптического излучения, составную кювету 2, источник 3 оптического импульсного излучения, регулируемый дозатор газа,4, кювета 2 имеет зазор 5, входное окно 6 и окно 7, укрепленное (установленное) на основании 8 (подвижном),Известно явление полного внутреннего отражения оптического излучения при распространении его из оптически более плотной среды 1 в оптически менее плотную среду 2, т,е. когда п 1)пг (фиг.1). Это явление, имеет пороговый характер по величине угла падения О излучения к границе раздела(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Сущность изобретения: управление кс - эффициентом отражения от границы раздела твердого тела и молекулярного газа достигается возбуждением молекул газа от дополнительного источника на частоте возбукдения колебательных степеней свободы. 1 з.п,ф-лы, 4 ил,двух сред, что приводит к резкому измен коэффициента отражения излучения пр риации вблизи Опво, величина которого оп-,пг ределяется по формуле О пво = агсз 1 п - (1).п 1 При этом величина коэффициента отражения В близка к 100% при О О пво и меньше 5% Б при ОО пво- д, где д = 2,5 для плоскополяризованного излучения, у которого вектор Е расположен в плоскости падения, п 1=(1,4-1,5). пг =1Как показывает анализ зависимости Вот С О для углов падения в диапазоне О пов- д (Л 5 ОО пов, небольшие изменения величи ны пг приводят к существенной вариации коэффициента отражения излучения. Так, при изменении величины пг от 1 до 0,96(величина п 1 при этом фиксирована на уровне 1,4) получаем вариацию коэффициента отражения от 0,1 до 1 угол падения излучения на границу раздела задан при этомО .= 43,68, что соответствует начальному В ( 10,00%.Возможность импульсного управления соотношением п 1.и пг базируется на выявленной авторами связи между показателем преломления молекулярных газов, например 5 Рб, в инфракрасной области и запасомколебательной энергии молекул этих газов,а также нашими данными по динамике изменения показателя преломления (ПП) ЯГ 6при колебательной накачке коротким импульсом СОг лазера, изменения ПП анэлизировались в области 10,6 мм,На частотах оптического излучения, попадающих в фиолетовое крыло полосы молекулярного поглощения, имеет местобыстрое (за время, меньшее длительности 10ИК-импульса, составляющего в экспериментах 1 х 10 с) насыщение аномальной дисперсии, т,е, ПП газа приближается к 1 снизу.Определенная авторами начальная величина разности (пг) составила 2,5 х 10 .на 15Торр газа, т.е, при давлении газа 2 атм,имеем начальное значение пг=0,96. Отсутствие инерционности эффекта насыщенияаномальной дисперсии позволяет оценитьвозможное быстродействие .способа, Так, 20согласно литературнь 1 м данным сечение поглощения в центре полосы юзЯРа составляет4 х 10 см, Плотность мощности ИК-излучения на выходе в устройство для модуляции коэффициента отражения ограничена 25лучевым пробоем предельная интенсивность 1 пр для импульсов излучения длительностью100 нс составляет 50 мВт/см пригуменьшении длительности величина ар будет расти, При этих условиях можно получить следующую оценку временинасыщения ПП газа г =(о 0 л х 1) =10с. Понятно, что повышенная скорость насыщения требует импульсов, коротких по длительности. В настоящее время разработаны 35простые методы генерации ИК-импульсов вдиапазоне не10 с. Как уже отмечалось,изменение величины и от 1 до 0,96 приводитк росту В от 10 до 100%. При росте пг от 0,96до 1 получаем противоположное изменение 40В (угол падения луча на границу раздела вэтом случае устанавливается 0 = 43,68 ).Для частоты оптицеского излучения, попадающей в красное (низкочастотное) крыло полось 1 молекулярного поглощения, 45колебательное возбуждение приводит к более сложной относительности случая высокочастотной накачки зависимости ПП газа от степени возбуждения, а следовательно, и времени, В этом случае наблюдается резкая смена знака разности (пг), Таким образом,показатель преломления в расчете на 1 атмЯЕ 6 падает от 1,03 до 0,95 с последующим далее насыщением к 1.П р и м е р. Основной пучок ИК-излучения является как анализирующим, так и насыщающим газовую среду, в качестве газавзяли ЯЕ 6 при давлении 0,5 - 2 атм. Предварительно получили зависимости величины Вот угла падения анализирующего излучения на среду, что осуществлялось с помощью подвижного основания 8 с угловым лимбом, В эксперименте измерялись калориметрами фиксированной части исходного излучения (К 1) и энергия отраженного импульса (К 2).Полученные зависимости Вот для давления газа, равного О, а также 1 атм для исходного пучка накачки, а также накачки, ослабленной в 4,5 раза, приведены на фиг.З (кривые 1,2 соответственно). Эти данные получены на линиях регенерации В(12) и В(14) лазера на углекиспом газе в области 10,6 мкм. По этим кривым была выбрана область максимальной чувствительности коэффициента отражения В к величине возбуждения( 0 опт),Далее проводились эксперименты .с фиксацией во времени входного и отраженного импульсов с помощью скоростных детекторов ИК-излучения на эффекте увеличения носителей фотонами, Обработка полуценных осцилограмм позволяет определить динамику изменения В при воздействии ИК-импульса. Образцы полученнь 1 х осциллограмм и кривая В( г ) приведены на фиг,4.Для введения пуцков в устройство используют усеченную призму (прямоугольную) из фористого бария. Такая конструкция входного окна 6 упрощает реализацию условий для полного внутреннего отражения анализирующего. пучка нэ границе раздела двух сред - материала входного окна и слоя накачки на область, занимаемую первым пучком на границе раздела. Для снижения потерь на отражение входная и выходная границы призмы могут быть просветлены. Для использования данного устройства в качестве нелинейного зеркала в резонаторе выходная грань призмы должна быть покрыта слоем (диэлектрическим или металлическим).со 100% коэффициентом отражения. В этом случае величина угла призмы должны быть несколько скорректирована,Элементы устройства - входное и выходное окна - где в качестве выходного окна применено плоско-параллельное окно из фтористого бария - приклеены эпоксидной смолой к металлической втулке с каналом для подвода газа (фиг.4). Кювета установлена на поворотном столике с угловым нониусом, позволяющим отсчитывать угол поворота вокруг вертикальной оси с точностью 10.Система подаци газа - . регулируемый дозатор - включает ампулу с газом, маноМметр для измерения давления газа, отсечной вентиль, подсоединяемый с помощью откачной линии к насосу для создания предварительного разрежения.Устройство позволяет повысить быстродействие модуляции коэффициента отражения за счет исключения механических перемещений оптических элементов примерно на четыре порядка при одновремен. ном упрощении способа,Формула изобретения 1, Устройство для импульсной модуляции коэффициента отражения оптического излучения, содержащее оптически связанные входное и выходное окна и неоднородную оптическую среду, коэффициент преломления которой зависитоттемпературы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения спектрального диапазона и повышения быстродействия, устройство дополнительно содержит импульсный источник излучения накачки, оптически связанный с неоднородной оптической средой, причем неоднородная оптическая среда вы полнена в виде прозрачной герметическойкюветы с регулируемым дозатором газа, заполненной молекулярным газом и снабженной средством вращения, одна из стенок кюветы выполнена в виде прозрачной усе ценной прямоугольной призмы, боковые поверхности которой образуют входное и выходное окна, а источник излучения накачки выполнен так, что частота излучения накачки совпадает с частотой возбуждения 15 колебательных степеней свободы молекулярного газа. 2,Устройство по п,1, отл ича ю щеес я тем, что в качестве молекулярного газа 20 использован газ ЯЕ 6 при давлении 0,5-2 ат.,Лисина дакт Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор агарина Заказ 941 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета и 113035, Москва, ЖПодписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб 4/5