Искажения оптического пути

Искажения оптического пути в элементах резонаторов весьма сильно влияют на структуру типов колебаний и в связи с этим — на диаграмму направленности лазерного излучения, распределение его интенсивности в поперечном сечении лазерного пучка, состояние поляризации генерируемого света, а также на энергетические характеристики лазера (см. пп. 2.1 и 2.2). [c.6]

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПУТИ В АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ [c.9]

Таким образом, из выражений (1.10) и (1.12) следует, что оптическая анизотропия материала зависит от температуры. А так как в общем случае температура, напряжения и деформации меняются от точки к точке, то и анизотропия в объеме активного элемента будет неоднородной. Это приводит к возникновению различных искажений оптического пути ALi для различных поляризаций, обозначенных индексом i. [c.34]

Две другие термооптические характеристики, введенные для лазерных активных элементов [2], определяют искажения оптического пути при наличии температурных градиентов и связанных с ним напряжений и имеют вид [c.39]

Основные особенности расчета искажений оптического пути Л/, в кристаллических средах заключаются в методике определения зависимости изменения показателя преломления вследствие температурных напряжений и деформаций. Для кристаллов вид тензора пьезооптических коэффициентов является более сложным, чем для изотропной среды, и зависит, как уже было сказано, от взаимной ориентации кристаллографических осей, связанных с активным элементом, и осей координат, в которых производится расчет. Некоторые ориентации, однако, допускают приближенный или даже точный расчет изменений оптического пути с введением термооптических характеристик, выражаемых через р = dn/dT и упругие и фотоупругие константы материала [31, 116, 141, 142]. [c.43]

На рис, 1.18,6 для того же рубинового элемента изображены линии равных приращений компонент тензора диэлектрической непроницаемости ЛВ, связанных с наличием термически наведенных осесимметричных напряжений [связь между АВ и изменением показателя преломления дается выражением (1.11)]. Искажения оптического пути, отвечающие изображенному на рис. 1.18 распределению АВ, носят характер цилиндрической линзы. Эта цилиндрическая линза, обусловленная наличием напряжений, накладываясь на осесимметричную, связанную с температурой зависимостью р = dn/dT, дает в целом картину астигматизма. [c.52]

В том случае, когда активная среда не вносит искажений оптического пути в резонатор, поперечная структура собственных типов колебаний сохраняется. Изрезанность распределения интенсивности излучения отдельной моды приводит при генерировании к соответствующей неравномерности распределения инверсной населенности. Вследствие этого поле отдельной моды не в состоянии использовать энергию, запасенную во всем объеме активной среды, и при большом числе Френеля из-за нелинейности усиления в активном элементе при генерации одновременно возбуждается несколько поперечных типов колебаний, размещающихся в резонаторе таким образом, чтобы наиболее полно высветить накапливаемую в активном элементе энергию (многомодовая генерация) [1]. [c.66]

Отрицательное влияние термически индуцированных искажений оптического пути в элементах резонатора на характеристики лазерного излучения (см. пп. 2.1, 2.2) вызывает необходимость применения различных приемов, исключающих или, по крайней мере, ослабляющих указанные отрицательные воздействия. Приемы эти довольно разнообразны, и, как это часто бывает, уже само разнообразие свидетельствует о том, что ни один из них поставленной цели в полной мере не решает. [c.132]

Первый случай реализуется, когда компенсирующий элемент имеет противоположный по сравнению с активным элементом характер распределения в нем искажений оптического пути для [c.138]

Следующим этапом было введение понятия голографии в рассеянном свете. В этом случае между источником света и объектом помещают рассеиватель, например матовое стекло, благодаря чему значительно расширяется полоса пространственных частот и, как следствие, возникает избыточность. Все это приводит к эффективному устранению шума, который до этого ухудшал качество голографии. В результате не только существенно смягчились крайне жесткие требования к чистоте метода, но и повреждения больших участков голограммы теперь не могут приводить к заметным искажениям восстановленного изображения. На этом этапе голография приобрела хорошо известное свойство, заключающееся в том, что с любой части голограммы можно восстановить полное изображение. Наконец, голографический процесс был обобщен нами на случай записи излучения, рассеянного реальными отражающими трехмерными объектами. Здесь почти не развивалась новая теория, но был разработан существенно новый экспериментальный метод. Теперь, для начала, голография переместилась с обычного стола на гранитную скамью, поскольку с введением отражающих объектов, а также из-за большой разницы между оптическими путями опорного и объектного пучков значительно возросли требования к стабильности. [c.20]

Преимуществом такого устройства является то, что в нем автоматически компенсируется разность длин оптических путей и сводится к минимуму влияние на восстановленное изображение фазовых искажений в атмосфере между объектом и голограммой. При расшифровке интерференционных картин от получаемых таким способом голограмм следует иметь в виду, что опорный пучок может брать свое начало от нестационарного участка объекта. [c.527]

Рассмотрим искажения активного элемента в виде пластины, диска, цилиндра (наиболее распространенных в лазерной технике конфигураций) для распределения температуры, деформаций и напряжений, приведенных в табл. 3 и 4. Например, для стеклянной пластины, подставляя выражения для а и е из табл. 4 в формулы (1.3), (1.10) и затем в (1.16), изменение оптического пути света, поляризованного в х направлении и проходящего через пластину длиной I по направлению г, получим в виде [c.38]

Термооптические искажения пластины (см. рис. 1.5,6). С использованием этих термооптических характеристик выражение для изменения оптического пути света, поляризованного в х направлении, примет вид [c.39]

При отсутствии искажений фронтов интенсивность света будет постоянной по всему полю интерферограммы, а величина ее зависит от сдвига фаз колебаний (или разности хода Д>1,). Если измерительный и сравнительный пучки имеют одинаковую интенсивность, то при разности их оптических путей, равной Я/2, в результате интерференции происходит полное затемнение. Экспериментаторы чаще используют настройку на темное поле, так как при этом легче достигается точная юстировка интерферометра. [c.175]

Методу получения интерферограмм объектов на фоне полос бесконечной ширины присущи следующие два недостатка. Во-первых, его точность и пространственное разрешение зависят от величины деформаций волнового фронта. Во-вторых, из полученных этим методом интерферограмм непосредственно нельзя определить характер кривизны фронта измерительной волны. Например, изображенные на рис. 4.1, а фронты 1 и 2 дадут одинаковые интерференционные картины. При отсутствии априорных знаний о распределении приращений оптического пути по сечению исследуемого объекта в какой-то момент времени его характер можно определить, наблюдая в натуральном времени за развитием интерференционной картины, начиная от исходного недеформированного состояния. Однако это увеличивает трудоемкость экспериментов и не гарантирует от ошибок. Применительно к задачам определения термооптических искажений активных элементов лазеров особенно внимательно следует относиться к их исследованиям в переходных режимах работы, когда знак деформации может изменяться во времени (см. п. 1.1), или при знакопеременных деформациях вдоль поперечного сечения (см. п. 1.4). [c.176]

Чтобы уничтожить эти несущественные искажения, в некоторых последующих экспериментах оптические поверхности уменьшались до минимума. В экспериментах, в которых были получены снимки, приведенные на рис. 11 и 12, источником являлось отверстие диаметром 3 мкм, проколотое в фольге очень тонкой иглой. Таким образом, при получении голограммы на оптическом пути не было никаких других стеклянных поверхностей, кроме поверхностей пластин, поддерживающих микрофотографии. Оптика, используемая в процессе восстановления, также была сведена до минимума благодаря отказу от второго микроскопа. Расстояние между предметом и визирной линзой было уменьшено до 180 мм, расстояние между линзой и пластинкой—увеличено до 700 мм, так что визирная линза давала четырехкратное увеличение предмета, достаточное для прямого фотографирования на малочувствительных пластинках. Еще большее увеличение достигалось, когда получение голограммы производилось в свете фиолетовой линии ртути, а восстановление— в свете зеленой линии. [c.266]

После своего взаимодействия с рассматриваемым состоянием природы излучение распространяется через промежуточную среду, пока не достигнет нащего измерительного прибора. Параметры среды могут быть либо хорошо известны, либо совсем неизвестны. Если такой средой является совершенный вакуум, то она не вносит никаких дополнительных статистических элементов в рассматриваемую задачу. Но, если средой является атмосфера Земли, а длина оптического пути составляет хотя бы несколько метров, случайные флуктуации показателя преломления атмосферы могут привести к существенному искажению волн и серьезному ухудшению изображения, создаваемого системой. Чтобы количественно оценить степень такого ухудшения, требуются статистические методы. [c.15]

Первой из этих причин являются внутрирезонаторные аберрации, которые для неодимового стекла обычно являются достаточно плавными. Влияние крупномасштабных неоднородностей, характерных для термооптических искажений в неодимовом стекле, на характеристики неустойчивых резонаторов можно оценить с помощью так называемых аберрационных коэффициентов [21, определяющих величину искажений оптической длины пути для аберраций к-го порядка [c.143]

Любой классический интерферометр может иметь голографический аналог. Однако при создании голографических интерферометров, как уже говорилось, к качеству оптики и точности юстировки схемы предъявляются значительно меньшие требования, поскольку интерферирующие поля распространяются по одному и тому же оптическому пути и претерпевают одни и те же фазовые искажения. [c.321]

Преимущества волноводных резонаторов. Применяя волноводный резонатор, можно избежать искажения формы волнового фронта излучения тепловой линзой активного элемента. Эту возможность хорошо иллюстрирует рис. 2.90, на котором изображен волноводный резонатор половинного типа с модой m = 1. Тепловая линза предполагает зависимость показателя преломления от поперечной координаты г/ п — п (у). Рассмотрим тонкий слой активной среды, ограниченный плоскостями у и у Ау сы. рисунок). Легко видеть, что любой световой луч в моде т 1 дважды пересекает указанный слой, проходя в нем один и тот же путь, оптическая длина которого равна п (у)Ау1 sin у (на рисунке показаны три световых луча /, 2, 3). Положение слоя по оси у выбрано произвольно поэтому если разбить весь активный элемент на тонкие параллельные слои, то сделанное выше замечание о равенстве оптических путей для всех световых лучей в моде будет справедливо для каждого слоя, а следовательно, и для активного элемента в целом. Иначе говоря, в случае, изображенном на рис. 2.90, каждый световой луч в волноводной моде проходит в активном элементе оптический путь одной и той же длины. Отсюда следует, что тепловая линза активного эле- [c.242]

Сигналы, сдвинутые на 90°, получают несколькими способами. Один из них заключается в том, что используют два фотодатчика, размещенных в различных участках интерференционной полосы, расстояние между которыми равно одной четвертой ее ширины. Для удобства практической реализации указанного способа увеличивают ширину интерференционных полос путем наклона опорного зеркала или введения в одно из плеч интерферометра оптического клина, а перед фотодатчиками помещают отверстия диафрагм. Несмотря на простоту реализации этого способа получения фазового сдвига, он обладает рядом недостатков, основными из которых являются использование лишь незначительной части суммарного светового потока, проходящего через небольшие отверстия диафрагм, и сильная зависимость величины фазового сдвига от пространственных искажений интерференционной картины, возникающих в реальных условиях из-за разъюстировки интерферометра, конвекционных воздушных потоков и т. д. и приводящих к изменению пространственного положения полос и их ширины. [c.242]

Отметим, что искажения оптического пути в активных элементах при оптической накачке могут происходить не только в результате нагрева. При существенном изменении соотношения между концентрациями возбужденных и невозбужденных ионов активатора показатель преломления может изменяться вследствие различной конфигурации электронных оболочек ионов в этих состояниях. Эффект особенно сильно проявляется в трехуровневых средах (например, в рубине), где для достижения усиления необходимо перевести в возбужденное состояние не менее половины всех ионов активатора. В таких средах неоднородность инверсии, связанная либо с неоднородностью накачки, либо с локальным сбросом инверсной населенности за счет развивающейся генерации, может вызвать динамическую неоднородность показателя преломления. Она бывает настолько сильной, что приводит к так называемой самомодуляции добротности. В четырехуровневых средах инверсная населенность, как правило, составляет величину не более 10—15 % от концентрации активатора и указанным изменением показателя преломления по сравнению с температурным можно пренебречь [исключение могут составлять так называемые атермальные стекла (см. п. 1.4), в которых температурное изменение показателя преломления скомпенсировано фотоупругостью]. [c.32]

Если при прохождении света вдоль оси активного элемента направления главных напряжений в сходственных точках поперечных сечений не изменяются 0 = onst (г), то фазовые набеги в каждом слое суммируются, а вид матрицы Джонса для активного элемента совпадает с выражением (1.19) с соответствующим изменением смысла б как полного набега фаз по длине элемента для данной точки поперечного сечения. Величины б и 0, являясь функциями поперечных координат, связаны с величинами искажений оптического пути AL,- в активном элементе. Установление вида этой связи требует знания явных выражений для полей температуры, напряжений и деформаций в активных элементах конкретных конфигураций. При введении некоторых [c.37]

Из этого выражения видно, что искажения оптического пути в лазерных активных элементах определяются следующими характеристиками материала показателем преломления по и его температурной производной р = dn/dt, коэффициентом линейного расширения а, фотоунругими константами j и Сг, модулем Юнга Е, коэффициентом Пуассона v. В активных элементах из кристаллических сред в силу тензорного характера ряда этих параметров число участвующих в описании искажений оптического пути величин еще более увеличивается. [c.38]

Отметим, что характерный поперечный размер неоднородности, на котором искажение оптического пути становится порядка длины волны, значительно (в 10 — 10 раз) превосходит длину волны. Термооптические искажения приводят к плавным изменениям волнового фронта, соответствующим небольшим поворотам нормали к эквифазной поверхности, а не к эффектам типа рассеяния, и поэтому описание пространственной структуры излучения лазеров с термически деформированными активными элементами может быть выполнено либо в терминах деформации [c.64]

Напротив, в непрерывном или импульсно-периодическом режиме температурное поле в элементах и термооптические искажения резонатора регулярны и в основном соответствуют какому-либо одному из низших порядков волновых аберраций оптического пути между зеркалами. Именно с учетом таких аберраций в предположении отсутствия наведенного двулучепрелом-ления и целесообразно вначале проанализировать структуры полей в резонаторах различных классов. Результаты такого анализа могут быть положены в основу рассмотрения и более сложных случаев, когда в искажениях оптического пути в резонаторе одновременно присутствуют аберрационные члены различных порядков. [c.65]

Рассматриваемые независимыми аберрации оптического пути высших порядков оказывают на характеристики лазерного излучения влияние, качественно похожее на уже рассмотренное выше действие аберраций нечетных порядков подобно разъюстйровке зеркал влияние аберраций четных порядков напоминает действие параболических искажений оптического пути и вызывает либо возникновение мод, обладающих каустиками, либо разбега-ние поля от центра к периферии резонатора, аналогичное имеющему место в неустойчивых резонаторах. [c.80]

Искажения оптического пути. Термооптические искажения в активных элементах связаны как с температурны1ми и фотоупруги-ми изменениями показателя преломления материала, так и (в значительно меньшей степени) с изменениями его формы. [c.129]

Рассмотрим искажения оптического пути йЬ==пс11 элементарного объема среды при изменении его температуры [24]. Температурное прираш,ение А йЦ с точностью до членов второго порядка малости равно [c.129]

Поскольку в голографической интерферометрии могут быть использованы волновые фронты с произвольным ггространственным изменением фазы, за объектом можно поместить рассеиватель, освещающий объект лучами во многих направлениях. В этом случае в голограмме содержится информация о различных оптических путях лучей, проходящих через объект, а изображения, восстановленные с различных частей голограммы, можно использовать для получения информации о трехмерной природе искажений внутри объекта. Типичным примером такой голограммы является дваждь экспонированная голограмма лампы, показанная на рис. 2, В этой структуре протяженный диффузный источник, расположенный за [c.514]

Влияние турбулентности может быть снижено с помощью методов адаптивной оптики. Известно несколько методов адаптивной компенсации [34], но большинство из них аналогичны по своему принципу излучение, приходящее от цели, обрабатывается, в результате чего выделяется информация об относительной разнице между длинами оптических путей в пределах принятого пучка. Затем фазовый фронт передаваемого излучения предварительно деформируется для компенсации этой разницы. Подобная операция достигается либо путем искажения формы фокусирующего зеркала, либо фазовым сдвигом субапертур с помощью оптикоакустических, электрооптических эффектов или на основе явления четырехволнового вырожденного смещения. [c.56]

Резонаторы волноводного типа. Проявления термоиндуцированных искажений активной среды могут быть устранены при использовании описанных в работе [79] лазеров с резонаторами волноводного типа. В результате многократных отражений от полированных боковых поверхностей активного элемента (полное внутреннее отражение) свет в таких резонаторах распространяется под углом к геометрической оси элемента, и в первом приближении можно считать, что лучам, проходящим через различные участки поперечного сечения пучка света под одним и тем же углом, соответствуют одинаковые изменения оптического пути в активной среде. [c.139]

Искажения, вносимые в измерительный пучок лучей исследуемым объектом, будут приводить к смещению и искривлению полос. Причем положительные и отрицательные изменения оптического пути лучей будут вызывать смещения интерференционных полос в противоположных направлениях, что позволяет по известной первоначальной фоновой интерференционной картине, задаваемой направлением наклона неискаженных фронтов, однозначно итерпретировать интерферограмму объекта и определять распределение волновых аберраций по сечению. На рис. 4.2,6 это иллюстрируется на примере двух различных характеров искривления волновых фронтов 1 и 2. [c.177]

В гл. 1 было показано, что термооптические искажения активных элементов твердотельных лазеров удобно описывать с помощью специфических для толстых оптических сред постоянных W, Р и Q, характеризующих соответственно W — среднее по поперечному сечению приращение оптического пути в элементе Р — приращение оптического пути, усредненное для двух поляризаций Q —величину термоиндуцированного двойного лучепреломления. Вычисление этих величин требует знания коэффициентов линейного расширения и температурного изменения показателя преломления материала и его упругих и фото-унругих постоянных. Для хорошо изученных материалов постоянные W, Р и Q могут быть рассчитаны по формулам (1.21)—(1.23). При разработке новых активных сред определение термооптических постоянных целесообразно проводить путем непосредственных их измерений в одном эксперименте, моделирующем тепловые условия работы активного элемента в лазерном излучателе. Основной методической трудностью таких экспериментов является обеспечение определенного и хорошо известного температурного поля в исследуемом образце, так как изменения коэффициента преломления среды зависят от перепада температуры и от вида ее распределения. [c.186]

Эксперименты подтвердили высокое качество операций над достаточно сложными изображениями и выявили следующие преимущества описанной схемы помимо обеспечения необходимого сдвига на тг 1) автоматическую юстировку схемы 2) отсутствие требования равенства оптического пути интерферирующих пучков и возможность работы не только в полосе нулевого порядка 3) нечувсгвигельность к фазовым искажениям внутри интерферометра и обусловленную этим высокую временную стабильность картины при случайных сбоях фазы интерферирующих пучков, что наглядно продемонстрировано в [29]. [c.229]

Следует отметить такой случай, когда наличие в элементе температурных градиентов, напряжений и деформаций не приводит к аберрациям. Как можно показать, для наклонной пластины (рис. ЗЛв) приращения оптического пути равны AL =IS.L = =iW T (.p/ os i]), не зависят от координат и одинаковы для люшх поляризаций. Меняется лишь оптическая толщина на величину, определяемую среднеобъемным приращением температуры и значением параметра U7 (все лучи в поперечном сечении пучка проходят одинаковые пути, пересекая направления градиентов температуры). Отметим, что подобная картина имеет место и в волноводных активных элементах [26, 27], лишь величину L надо понимать как длину пути вдоль зигзагообразного пути в элементе (рис. 3.4г). На практике, разумеется, искажения волнового фронта возникают и в таких элементах из-за влияния краевых зон, искривления поверхностей элемента, однако эти искажения значительно меньше, чем для случая распространения света вдоль оси цилиндров или пластин. [c.132]

При возбуждении электромагнитной волной соответствующей длины Го-моды возникает сильное взаимодействие с решеткой. В случае отсутствия свободных носителей при этой длине волны наблюдается значительное отражение. Прохождение излучения через образец является более сложным процессом. При отражении волны от поверхности твердого тела происходит изменение фазы на л, при внутреннем же отражении фаза остается постоянной. Если оптический путь волны и поглощение достаточно малы, в отраженной волне будут наблюдаться сильные интерференционные явления. При сильном же поглощении луч, отраженный от внутренней границы, будет слабым, и интерференция будет слабой. В результате этого интенсивность отраженной волны будет значительной, а пропускание уменьшится. ГО-мода с нулевым волновым числом обычно обладает малым коэффициентом затухания и линия поглощения бывает довольно острой. Таким образом, можно ожидать узких минимумов на кривой пропуск -ния при исследовании тонких пленок с помощью ГО-моды. Этим и объясняются наблюдения Барнса и Черни [132] в щелочно-га-лоидных кристаллах. Они обнаружили сильные искажения формы минимума на кривой пропускания для толстых кристаллов. Когда же были использованы пленки толщиной около микрона, наблюдался четкий минимум. В Na l оптический путь был мал ( 2 мкм) по сравнению с длиной волны поперечных оптических колебаний в Na l ( 65 мкм). [c.390]

Голографические компенсаторы представляют большой интерес для решения проблемы получения изображений в когерентном свете с использованием для передачи оптических сигналов световолоконных жгутов и шайб. Однако они имеют существенный недостаток — непригодны, если искажающая среда нестационарна (как, например, турбулентная атмосфера). Для этого случая разработаны методы, не требующие применения голо-графических компенсаторов. Они основаны на том, что при получении голограммы объекта, наблюдаемого через нестационарную искажающую среду, опорный и объектный пучки искажаются в равной степени, так как их с помощью специальных мер пропускают практически по одному и тому же пути. Поскольку искажения обоих пучков одинаковы, они никак не отразятся на получаемой голо- [c.55]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...