SU1159431A1 - Способ измерени радиуса кривизны сферического волнового фронта гауссовых пучков импульсных лазеров - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА .КРИВИЗНЫ СФЕРИЧЕСКОГО ВОЛНОВОГО ФРОНТА ГАУССОВЫХ ПУЧКОВ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАЗЕРОВ , включающий формирование с помощью линзовой системы из исследуемого пучка сход щегос  пучка, воздействие сход щимс  пучком на нелинейную среду , о тлич ающийс  тем, что, с целью повмпени  точности измерений , воздействие на нелинейную среду осуществл ют при помощи импульса лазера в диапазоне от критической до двух критических мощностей самофоку . сировки в нелинейной среде, после чего увеличивают длину нелинейной среды до исчезновени  области самофокусировки и по полученной дпине нелинейной среды и фокусному рассто нию линзовой (Л системы определ ют радиус кривизны волнового фронта исходного пучка.

Description

Изобретение относитс  к области квантовой электроники и может быть использовано дл  создани  контролиру™ емых пространственных конфигураций лазерных пучков, необходимых, напрн мер, при измерении нелинейных параметров оптических сред.

Известен способ измерени  радиуса кривизны сферического волнового фронта лазерных пучков по минимизации в некоторой фиксированной плоскости поперечного размера пучка, прошедшего через фокусирукицую линзу, посредством плавной перестройки фокуса этой линзы. Минимальное п тно соответствует такой величине фокусного рассто ни  F, при которой центр волнового фронта сфокусированного пучка находитс  в фиксированной плоскости. По рассто нию от линзы до плоскости и величине F вычисл ют радиус R кривизны исходного пучка. Точность измерени  R данным способом определ етс  относительной точностью et, измерени  поперечного размера пучка, котора  обычно составл ет 10%.

Недостатком способа  вл етс  низка  точность измерени  радиуса R,

. R

uR R характеризуема  параметром о

-iJ2ot 0,45, что сооти равна  S ветствует минимально обнаруженному отклонению Л1 волнового фронта оТ плоского на радиусе, измеренному в длинах волн &1 /30.

Недостаточна  точность обусло лена принципиальными трудност ми определени  размеров п тна, св занными с необходимостью фотометрировани  интенсивности на фотопленке.

Наиболее близким к предложенному  вл етс  способ измерени  кривизны сферического волнового фронта гауссовых пучков импульсных лазеров , включаюощй формирование с помощью линзовой системы из исходного пучка сход щегос  пучка, воздействие сход щимс  пучком на нелинейную среду . В результате образуетс  область самофокусировки излучени  в среде, причем по рассто нию от области самофокусировки до линзовой системы суд т о кривизне волнового фронта.

Недостатком способа также  вл етс  низка  точность определени  кривизны волнового фронта, обусловленна 

значительными размерами области самофокусировки дл  импульсных лазеров п сравнению с рассто нием этой области до линзовой системы.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем что воздействие на нелинейную среду осуществл ют при помощи импульса лазера в диапазоне от критической до двух критических мощностей самофокусировки в нелинейной среде, получают в выходной плоскости среды на гладко фоне светового п тна область самофокусировки пучка, после чего увеличивают длину нелинейной среды до исчезновени  области самофокусировки и по полученной длине нелинейной среды и фокусному рассто нию линзовой системы определ ют радиус кривизны волнвого фронта исходного пучка.

Сущность способа заключаетс  в следукицем.

Дл  любого значени  мощности пучка , лежащего в пределах б Р 2Р где Рцр- минимальна  величина мощности , при которой наблюдаетс  самофокусировка пучка, координаты точек самофокусировки вдоль направлени  распространени  пучка составл ют некоторую область. При этом дальн   граница области совпадает с центром кривизны входного пучка. Таким образом , рассто ние L от входной плоскости среды до дальней границы области равно радиусу R кривизны волнового фронта пучка на входной плоскости среды (Rbx L/n )

Точность предлагаемого способа измерени  радиуса R кривизны волнового фронта зависит от точности &L определени  дальней границы области, св занной с конечным продольным размером нелинейного фокуса.

Эксперименты по изучению продольной структуры пол  в точке самофокусировки в реальной среде (стекле) показали, что продольный размер нелинейного фокуса оказалс  достаточно узким ( 6 мм). Оказалось возможным в конкретных услови х эксперимента обеспечить точность измерени  L не

хуже -: , что соответствует

1

значению параметра о ,01, при этом параметр ftl равен ul A/1200. Таким образом, экспериментально найдено , что точность измерени  радиуса кривизны данным способом повышаетс . Существование самофокусировки в некотором сечении среды может быть установлено по характерному распределению поперечного профил  интенсив ности пучка. При исследовании поперечного профил  пучка нет необходимости в определении его размера путем фотометрировани  распределени  интенсивности; достаточно устано вить наличие характерной более узкой интенсивной области самофокусировки на гладком фоне п тна. В качестве нелинейной среды могут быть использованы вещества, в которых эффект самофокусировки достигаетс  за врем  импульса при характерной дл  исследуемого излучени  мощности, например керровские жидкости, прозрачные диэлектрики с электронной нелинейностью. Так как в действительности самофокусщювка пучка ограничиваетс  некоторьм минимальным поперечньм размером , завис щим от конкретного меха низма ограничени  пол  в среде, то дальн   граница области самофокусировки находитс  несколько ближе к входу в нелинейную среду, чем центр кривизны волнового фронта пучка.Это систематическа  ошибка и она может быть дл  известной конфигурации пучка в среде учтена при определении радиуса кривизны, что позвол ет повысить точность измерений. Поскольку на практике всегда используетс  нелинейна  среда конечной длины, то целесообразно рассто ние L от входной плоскости среды до дальней границы области самофокусировки выбрать равным длине среды. При этом совмещение дальней границы области самофокусировки с выходной плоскость среды осуществл ть путем подбора дли ны образцов. В этом случае дл  вычис дени  радиуса кривизны исходного пучка рассто ние L беретс  равным длине нелинейной среды, при которой дальн   граница области самофокуси1 14 ровки совмещена с выходной плоскостью среды, а величина F равна фокусному рассто нию линзовой системы. При этом радиус кривизны R вычисл етс  по формуле R к(п/Ь - 1/F )3, где п-показатель преломлени  нелинейной среды; коэффициент увеличени  диаметра пучка линзовой системой. На чертеже приведенасхема устройства , реализующего данный способ. Устройство содержит установленные последовательно фокусирующую линзовую систему 1, например телеобъектив из двух линз, нелинейную среду 2, например стержень из лазерного стекла ГЛС-1, линзу 3 и фотопленку 4. При этом линзова  система I расположена непосредственно перед входной плоскостью среды 2, а линза 3 расположена между средой 2 и фотопленкой, так что выходной торец 5 среды 2 проецируетс  на фотопленку 4. В качестве источника излучени  (не чертеже не показан) служит неодимовый лазер с длиной волны А 1,06 мкм. Сплошными лини ми показан ход лучей в устройстве, пунктирными лини ми волновой фронт пучка. При использоваНИИ исследуемого пучка радиусом а 1 ,84 мм и мощностью в импульсе ( 3,) МВт при 3,3 МВт быпи получены следующие результаты. Минимально допустимый размер пучка при Pjp , ограничиваемый пробоем, сос« 20 мкм, что соответтавл ет ствует отличию длины 4 и от R рх м нее, чем на 0,0t, L 630 мм, 6 мм, 5 0,01. Така  величина 5 позвол ет у пучка с радиусом поперечного размера а 1,84 мм обнаружить радиус кривизны волнового фронта тйкс 2000 м. В данном конкретном случае получены величина R -183±17 м. В то же врем  при измерении этого же пучка способом-прототипом его радиус кривизны невозможно отличить от радиуса кривизны пучка с плоским фронтом, поскольку максимальный ра- диус, измер емый способом-прототипом, ограничен величиной 45 м при том же а 1,84 мм.

Claims (1)

1. .КРИВИЗНЫ

   1969, т.188, № 4, с. 792. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА СФЕРИЧЕСКОГО ВОЛНОВОГО ФРОНТА ГАУССОВЫХ ПУЧКОВ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАЗЕРОВ, включающий формирование с помощью линзовой системы из исследуемого пучка сходящегося пучка, воздействие сходящимся пучком на нелинейную среду, о тлич ающийся тем, что, с целью повышения точности изме. рений, воздействие на нелинейную среду осуществляют при помощи импульса лазера в диапазоне от критической до двух критических мощностей самофоку- . сировки в нелинейной среде, после чего увеличивают длину нелинейной среды до исчезновения области самофокусировки и по полученной длине нелинейной среды и фокусному расстоянию линзовой системы определяют радиус кривизны волнового

   S фронта исходного пучка.

   1 59431