Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение (2008) (1095903), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Если длина поступающей волны отличается от длины центральной волны, коэффициент отражения уменьшается. Непосредственное измерение коэффициентов отражения весьма затруднительно, поэтому в большинстве случаев указывается прозрачность или пропускание соответствующего материала. Если параметрами поглощения и рассеяния можно пренебречь, получается коэффициент отражения Я = 1 — Т. Путем выбора слоев с подходящими показателями преломления, а также правильного определения числа и толщины слоев удается изготовлять лазерные зеркала с определенным коэффициентом отражения применительно к конкретным диапазонам длин волн ( рис. 14.9 — 14.! 1).
~278 Г 74 34 14.4. Устройство для расщепления пучка (светоделитель] Во многих областях применения, например, в сфере интерферометрни или голографии, либо при проведении измерений с помощью лазеров иногда требуется разделение пучка с разными интенсивностями. Необходимое для этою устройство (светоделитель) состоит обычно из стеклянной пластинки, установленной в лазерном луче под углом, например, 45'. На передней стороне находится диэлектрическое полупрозрачное зеркало, коэффициент отражения которого: 0 < К < ! . При этом следует иметь в виду, что указанный коэффициент отражения определен конкретно для данного направления падения луча.
На задней стороне, как правило, предусмотрено широкополосное уменьшение отражения. Пример такого устройства для расщепления пучка с пропусканием в зависимости от поляризации и длины волны приведен парис. !4.!2. 60 й 40 20 0 0 600 2070 ЮОО 2000 Толщина слоев, нм, пп7 = нм Рис. 14.8. Коэффициент отражения К диэлектрического многослойного зеркала для длины волны 633 нм.
Цифрами показано число слоев (поданным К. Шарфенорта, Институт оптики при Берлинском техническом университете) 100 60 60 60 1 40 О 0 900 1000 1100 1200 1300 Длина волны, нм Рис. 14хи Коэффициент отражения К = 1 — Т диэлектрических зеркал с разным числом слоев как функция длины волны. Длина центральной волны с максимальным отражением составляет 1064 нм. (8-й слой с низким показателем преломления понижает коэффициент отражения — см. также рис. 14.8) гйянгы ~р и г Г я Г гф 1О0 80 ж 60 -я 40 20 о 400 600 800 1000 1200 Длина волны, нм Рве. 14.10.
Пропусканне н отражение двух лнзлектрнческнх зеркал для длин центральной волны 532 н 1064 нм. Всего представлен 2! слой нз Та,О, н ЯОг 80 60 Ь 40 20 0 400 600 550 500 450 Длина волны, нм Рне. 14.11. Вычисленный коэффициент отражения К диэлектрических зеркал из комбинированных материалов А1,0,ггЯО, и Та,О,/510г Прн небольшой разнице в показателях преломления можно с достаточным числом слоев получить узкие полосы отражения Мембранные светоделители представляют собой тонкую натянутую пленку из нитроцеллюлозы, на которую методом напыления можно нанести дизлекгрические слои. Преимущество устройств такого типа состоит в том, что здесь имеет место лищь ничтожно малый геометрически-оптический сдвиг луча в проходящем излучении. Однако такие исполнения весьма чувствительны к механическим помехам разного рода. (ЫО Г на« 1ОО 80 й * во а 40 ИЯ ИЯ 20 о 860 948 1036 1! 24 1212 1200 Длина аланы,нм Рнс.
14.12. Устройство для расщепления пучка с вычисленным отношением 1:1 при наличии угла падения 45' для неполяризоаанного излучения с длиной волны 1064 нм. Эти отношения различны лля поляризации, ортогональной плоскости падения (з), и поляризации, параллельной плоскости падения (р) В качестве делителей без сдвига пучка могут использоваться также диэлектрические либо металлические слои, размещенные по диагонали в собранном светоделительном кубике. В зависимости от исполнения отдельные составляющие поляризации могут отражаться с одинаковой либо различной интенсивностью.
Поляризующие делители пучка упоминаются также в главе 15. 14.5. Фаэосопрягающие элементы В последние 1О лет активно разрабатывались нелинейные оптические отражатели— так называемые фазосопрягающие элементы. Они отражают видимое лазерное излучение только в том случае, если таковое обладает достаточно высокой плотностью мощности.
Кроме прочего, подобные элементы отличаются тем интересным свойством, что фронты отраженной волны распространяются с обращением во времени относительно фронтов падающей волны, то есть волновые фронты сохраняются, но направление их распространения меняется на обратное (англ. 1»аче 1гоп1 геуегза1). Это означает, что данная волна, не подчиняясь закону отражения плоских зеркал, демонстрирует то, что называется «ретроотражением» ( рис. 14.13). Поэтому фазовые погрешности в оптических системах и лазерных резонаторах могут компенсироваться с помо1цью упомянутых фазосопрягающих элементов — за счет того, что здесь имеет место двукратное прохождение через оптическую систему в разных направлениях. При наличии фазосопрягающего зеркала волновые фронты прямой и отраженной волн равны, но распространение в любом месте волнового фронта происходит в противоположных направлениях.
В математическом выражении падающая волна имеет вид: Е(х,у,2,1)=иЕ,(х,у,г)ехр12я(й+Ф(х,у,х))+с.с., (14.15) глеб есть частота, а амплитуда Е, и фаза Ф могут быть объелинены в комплексную амплитуду лй 14.5. Ф р «»ДАУД»О А= (ЕО/2) ехр 2я(Ф. (14.16) Рнс. 14. 13. Сравнительная характеристика фазосопрягаюшего зеркала и нормального зеркала. Отражение сферической волны: при нормальном зеркале отраженная волна расходящаяся, при фазосопрягающем зеркале— сходящаяся и распространяется в противоположном направлении либо с «обращением во времени» относительно прямой волны Фазосопрягающее зеркало Нормальное зеркапопоппа1ег Фазосопрягаемая волна имеет те же волновые фронты нли фазовые поверхности, только знак фазы Ф (х, у, г) будет обратным, поэтому она определяется следукицим образом: Е, (х, у, г, 1) = и Е, (х, у» г) ехр 12я (й — Ф (х, у, г)) «- с.
с, (14.17) Комплексная амплитуда фазосопрягаемой волны, выраженная через: А, =(Е,/2) ехр — 2я(Ф=А*, (14.18) является комплексно-сопряженной относительно амплитуды А падающей волны, что и объясняет понятие «фазосопряжения». Фазосопрягаемая волна (см. уравнение 14.17) проходите такими же волновыми фронтами в направлении, обратном прямой волне (см. уравнение 14.15). Это легко показать на примере плоской волны, которая имеет фазу Ф =-кг, причем изменение знака (г на — г) означает обращение (то есть изменение на обратное) направления распространения. На рис.
14.14 показано устранение фазовой погрешности с помощью описанного выше фазосопрягающего элемента. Подобная погрешность возможна, например, в результате резкого изменения показателя преломления в лазерном стержне и обозначена через выражение е'е. Поскольку отраженный фазосопрягающим зеркалом волновой фронт идентичен таковому у падающей волны, данная погрешность полностью компенсируется после возвращения волны через вызвавший ее элемент. Фазосопрвгающее зеркало Нормальное зеркало Рнс.
14.14. При прохождении плоской волны через фазосдвигаюший элемент (например, цилиндр с показателем преломления и и ф= 2я (и — 1) с(/Х) фазовая поверхность деформируется. После отражения от фвзосопрягаюшего зеркала и повторного прохождения через указанный элемент восстанавливается первоначальный плоский волновой фронт Фазовме поверхности Фазовые поверхности (звв с. -и вр Комбинация из четырех волн К методам достижения фазосопряжения можно отнести создание комбинации из четырех волн и вынужденное рассеяние, причем оба они основаны на нелинейных оптических эффектах.
Сочетание четырех волн можно рассматривать как особый процесс голографии в реальном времени. При этом используются материалы, у которых показатель преломления или показатель поглощения зависит от интенсивности падающего света. Это могут быть, например, так называемые фоторефрактивные кристаллы либо слои насыщаюшегося поглотителя. Как и в случае голографии, при комбинации из четырех волн согласно рис. 14.15 предметная волна и опорная волна, обозначаемые здесь как сигнальный луч А и луч накачки А „взаимно интерферируют (см. также п.23.6).
В результате интерференции в среде с зависимым от интенсивности пропусканием в месте х= 0 формируется функция пропускания и 1(х, у) -/ А, (х, у, 0) + А (х, у, 0)!' =! А )в ч-! А)в+ А Ае + А А. (14.19) Нелинейная среда Рис.!4ЛЗ. сразосопряжение на основе комбинации из четырех волн в нелинейной среде, где создается временная, то есть существующая только во время ввода луча дифракционная решетка в результате интерференции сигнальною луча и луча накачки В отличие от реконструкции голограмм, фазосопрягающий элемент освещается вторым лучом накачки А, =А*„направленным противоположно Аг В плоскости х= 0 нелинейного вещества при этом возникает напряженность светового поля: А*,г (х, у) -~ А ~' А*, + ~ А)' А; +) А )'А* + А,*' А.
Здесь слагаемое А, =~ А ( А" дает фазосопрягаемую волну Три других компонента в уравнении (14.20) создают последующие волны, которые, однако, в данном случае не представляют интереса и в нелинейной среде большой толщины могут быть подавлены дифракцией Брэгга. г45. Ф р л 2В~ДЗ) Недостатком фазосопряжения на основе комбинации из четырех волн считается тот факт, что для отражающей нелинейной среды требуются две волны накачки, которые должны генерироваться лазером.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
