Способ измерения параметров светонаведенных дихроизма и двулучепреломления

(57) Использование: изобретение относится к нелинейной оптике и может быть использовано для исследования материалов, проявляющих дихроизм просветления и двулучепреломление при облучении поляризованным светом. Сущность; способ включает облучение исследуемой среды возбуждающими импульсами линейно поляризованного света, зондирование возбужденной области среды пробными световыми импульсами, регистрацию временной зависимости выделенной поляриэационной компоненты пробных импульсов и определение параметров дихроизма и двулучепреломления по расчетным выражениям. 3 ил. бных ной поляриза импульсов, э п чепреломлен следующим р ионной компоненты прараметры дихроизма и я в материале опред счетным выражением: улу- яют Твт=Г:1) ) Ч= д- ( а3- Тд Г+)Г:1)Я/ 1 о 551 аах51 (л ( Я З 1 гп(а причем Т- пропускание пробного излучеия для его поляризации, параллельной к оляризации возбуждения;Т( - пропускание пробного излучения для егб поляризации, перпендикулярной к оляриэации возбуждения;Чф - разность фаз для компонент поляиэации пробного излучения параллельной АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт физики Литовской АН (72) В.Б,Гульбинас, В,И.Кабелка и А.В.Масалов(56) О.Яа 1 бесК А,1.Сгозз ет а 1. Р 1 созесопб ра 1 зе 1 пбцсеб тгапзем то 1 есо 1 аг Ыге 1 г 1 депсе апб б 1 с 11 го 1 зп)1,С 1)еа. Роуз 74, М 6, р,3381 - 3387. 1981,Васильева М.А, Амплитудная и фазовая части нелинейного отклика красителей, - Кван. товая электроника, 1984, т.11, М 1, с.90 - 97. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОНАВЕДЕННЫХ ДИХРОИЗМА И ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ Изобретение относится к нелинейной оптике и может быть использовано для исследования материалов, проявляющих дихроизм просветления и двулучепреломления при облучении поляризованным светом,Целью изобретения является повышение производительности измерений светонаведенных дихроизма и двулучепреломления.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения светонэведенных дихроизма и двулучепреломления, включающем облучение исследуемой среды возбуждающими импульсами линейно поляризованного света, зондирование возбужденной области среды пробными световыми импульсами и регистрацию поляризованных характеристик прошедших через материал пробных световых импульсов в зависимости от времени задержки пробных импульсов, сбгласно изобретению, регист(ируют временную зависимость выделенхр(32 яд (Фа+и перпендикулярной к поляризации возбуждения;д - угол расстройки анализатора от положения скрещенности с поляризацией пробного излучения;(5/31)о - соотношение энергии пробного излучения перед анализатором и за ним в отсутствии возбуждения; .(%31)ып - соотношение энергии пробного излучения перед. анализатором и за ним в минимуме кинетической зависимости;(3/5 1)ввх - соотношение энергии пробного излучения перед анализатором и эа ним в максимуме кинетической зависимости,Повышение производительности измерений обусловлено тем, что в предлагаемом способе нет необходимости варьировать угловое положение анализатора при условии, что поляризация пробных световых импульсов не совпадает с направлением поляриза ции возбуждающего импульса и не было бы перпендикулярным к этому направлению. Такой выбор направления поляризации пробных импульсов позволяет при соответствующей модификации расчета сократить время измерения, т.к. регистрация зависимости параметров пробных световых импульсов от времени задержки производится только один раэ. Суть такой воэможности в том, что в процессе релаксации сеетонаведенных дихроизма и двулучепреломления состояние поляризации пробного импульса изменяегся, т.е, принимает различные положения относительно анализатора, тем самым, осуществляя "сканирование по углу". После облучения раствора красителя импульсом линейнополяризованнего излучения с плотностью энергии, остатозчной для просветления раствора (10 - 10 Дж/см ) в нем возникает дихроизм просветления, характеризуемый отношением пропусканий пробного излучения Тц/Т для компонент поляризации параллельной и перпендику. лярной к поляризации возбуждений, в двулучеп реломление, характеризуемое величиной разности фаз Чф между теми же компонентами, Величины Тп/Т и Ч зависят от плотности энергии возбуждения и свойств среды,: начального пропускания раствора То, степени анизотропии отдельных молекул красителя и т.п а их релаксация может быть количественно описана с помощью выражений для компонент электрического поля пробного импульса:5 10 где А и В - комплексные числа, 1 - время задержки пробного импульса по отношению к возбуждениюх - время электронной релаксации, а тд - время поворотной диффузии молекул красителя. Дихроизм Т/Т и двулучепреломление Чф раствора связаны с действительной и мнимой частью величины и в начальный момент (т = О) равны соответственноу(Е вых/Е вх)(Е вых/Е вх 15 3- вВ2На фиг.1 приведена схема устройствадля реализации способа; на фиг.2 - схема поляризаций пробного и возбуждающего 20 импульсов ипропускания анализатора; нафиг.З - качественная временная зависимость соотношения измеряемых. сигналов /1.Устройство для реализации способа со держит установленные последовательно наоптической оси расщепительную пластинку 1, преобразователь 2 длины волны зондиру-.ющего импульса, линию Э задержки, поляризатор 4, расщепительную пластинку 5 0 анализатор 6 и фотодиод 7, На пути отраженного от расщепительной пластинки 1импульса помещены поворотное зеркало 8,преобразователь 9 длины волны возбуждающего импульса и фазовая полуволновая З 5 пластинка 10, а на пути отраженного от расщепительной пластинки 5 зондирующего импульсапомещен фотодиод 11. Между ли.нией 4 задержки и расщепительной пластинкой 5 путь зондирующего импульса 1 И 40 пересекает путь возбуждающего импульсаИ, и на месте их пересечения помещается исследуемый образец 12,Способ измерения включает следующие операции. Линейно поляризованный 45 лазерный импульс 1, длительность котороговыбирается не менее чем на порядом, короче времени восстановления исходных свойств среды, т,е. короче времен релаксации дихроизма и двуаучепреломления, расщепительной пластинкой 1, делится на две части. Одна часть используется для формирования возбуждающего И, а другая -зондирующего И 1 импульсов, С помощью преобразователей 2 и 9 длины волны выби раются интересующие длины волн возбуждения и зондирования. Используются такие преобразователи 1 и 9, которые не увеличивают длительность импульсов, Исследуемую среду 12 облучают возбуждающимимпульсом 1(, который наводит в среде 12дихроизм просветления (или затемнения) идвулучепреломление. Состояние среды 12анализируют излучением пробного импульса И после возбуждения с временной задержкой с варьируемой от нуля донескольких времен релаксации дихроизма идвулучепреломления, при помощи регулируемой линии 3 задержки.Угол между поляризациями возбуждающего и зондирующего импульсов устанавливают равным 54,7 с помощьюполуволновой фазовой пластинки 10. Величина этого угла может быть выбрана произвольной (кроме 0 и до 90 ), однако значениеугла 54,7 значительно упрощает формулыдля расчета вегичин дихроизма и двулучепреломления. В этих условиях направлениеполяризаций делает чувствительным состояние поляризации пробного импульса навыходе из среды 12 к наведенному дихроизму и двулучепреломлению и упрощает расчетные соотношения. Соотношениепробного импульса, прошедшего через среду 12, анализируют по временной зависимости интенсивности выделеннойполяризационной компоненты. Для этогона пути пробного импульса за средой 12помещен анализатор 6, плоскость пропускания которого повернута по отношению к. направлению скрещенности с поляризатором 4 в сторону плоскости поляризации возбуждающего импульса на угол д (см. с.8).Фотоприемник 7 регистрирует энергиюпробного импульса, прошедшего через анализатор 6, а сигнал фотоприемника 11 пропорционален энергии пробного импульсадо падения на анализатор 6 и, необходимдля нормировки сигнала фотоприемника 7,Отщепление части пробного импульса нэфотоп риемник 7 осуществляется светоделительной пластинкой 5, установленной подуглом близким к 90 к оптической оси, чтобыне нарушалось состояние поляризациипробного импульса,Для более детального раскрытия сущности способа проведем детальный анализпроисходящих физических явлений,Введем углы, характеризующие положение плоскостей поляризации возбуждающего и пробного импульсов и анализаторакак показано на фиг.2, гдеЕ", Е" - состояния электрическогополя пробного импульса на входе и выходеиз исследуемого образца;Еи-, Е, Еп-х Е- - параллельные иперпендикулярные к полю возбуждающегоимпульса компоненты поля пробного им, пульса на входе и выходе из исследуемогообразца;хО - угол поворота главной оси эллипсаполя пробного импульса;р - угол между полями возбукдэющегои пробного импульсов на входе в образец: 5 д - угол рэсстройки анализатора б поотношению к состоянию скрещенности с поляризатором 4.Тогда на вход в среду 12 для компонентпробного импульса имеем Еи" = Есо"р 10 Е" = Ееь "р . Поле на выходе из средыописывается математическими выражениями (1), Сигнал, прошедший через анализатор б, пропорционаленб-Е еа(сЕ 4-Е "сов(ср-ВД (ЕТ,ехр(кеАе ххсоеср евЯср-Вехр(ое"%)- - ев ср соб(ср-В) ехр (- - е "),2 (3)Сигнал 31 пропорционален ел+Ыпеср ехр(-йеЬе " " Э)1 иУчитывая, что в растворах красителей 25 величина В не превосходит единицу и можно приближенно считать, что ехр В е 1 + Ви выбирая угол с/= агс 1 д,Г 2(обычная процедура при поляризэционных измерениях),для отношения сигналов получаем 30Ю-(5 н 4 - сов В сс спсх 1Хеб Сп иа (+(5)С учетом (2) последняя зависимость переходит в35 Ь(тстс лс. х 1 е5/6,"(ппй- Сппйпъ 17(6) где 1/ т = 1/т + 1/тПри величинах поворота анализатора наугол 0 дйе В/2 зависимость Я/Я 1 отвремени задержки имеет характерный вид45 (см, фиг,3) с максимумом сразу после возбуждения и минимумом при некоторой задержке. Коль скоро подобная криваяполучена экспериментально с исследуемойсредой, подгонка ее под выражение (5) позволяет установить величины ЯеВ, ЬпВ и1/Г + 1//тд , э следовательно и вычислить,Тн/Тс и р, Такая аппроксимация может бытьпроведена и не в полном объеме, а по некоторым точкам, Один из способов приводит 55 ся ниже, Он состоит в использованиивеличин сигналов в максимуме кривой(сИ 1)мах и для невозбужденного раствора(ИЬ)о (значения при "отрицательных" задержках), взятых по отношению к минимальному сигналу (я/с 1),цию поляризационных параметров прошедших через среду и анализатор пробных световых импульсов в зависимости от времени задержки пробных импульсов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью. повышения производительности измерений, регистрируют временную зависимость выделенной поляризационной компоненты пробных импульсов, а параметры дихроизма и двулучепреломления в материале определяют из следующих соотношений;ТоТе ехр (3 Г 2 тр д (а - 3 +ЭТ - коэффициент пропускания пробного излучения для его поляризации, параллельной поляризации возбуждения;Т( - коэффициент пропускания пробно 5 го излучения для его поляризации, перпендикулярной к поляризации возбуждения;Че - разность фаз для компонент поляризации пробного излучения параллельнойи перпендикулярной к поляризации возбуж 10 дения;д - угол расстройки анализатора от положения скрещенности с поляризациейпробного излучения;(ЯИ 1)о - соотношение энергии пробно 15 го излучения переданализатором и за нимв отсутствии возбуждения,(5/51)мин - соотношение энергии пробного излучения перед анализатором и заним в минимуме кинетической зависимости;20 (3/51)рйас - соотношение энергии пробного излучения перед анализатором и за нимв максимуме кинетической зависимости,1805351 тавитель В.Гульбинред М,Моргентал Редактор ректор Л.Пилипен Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина каз 937 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5