Media-security

АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫЙ ЭКРАН В СРВДАХ С ДВУХФОТОННЫМ

ПОГЛОЩЕНИЕМ СВЕТА

Н.В.Чернега, А.Д.Кудрявцева, А.И.Соколовская

В настоящей работе проведены исследование интенсивности и фазы лазерного импульса длительности 10^-9с с длиной волны 0,69 мкм, прошедшего через среду с двухфотонным поглощением (ДП). Обнаружено, что в зависимости от плотности мощности меняется не только интенсивность прошедшего света, но и его фаза. На основании этих экспериментальных результатов показана возможность визуализации прозрачных объектов с переменной толщиной с помощью сред с двухфотонным поглощением.

В нашей и предыдущей работе были проведены измерения величин пропускания среды и интенсивности вынужденных рассеянии света при фокусировке в ацетон импульса рубинового лазера в зависимости от фокусного расстояния линзы и положения фокальной перетяжки относительно активного слоя. Было установлено, что минимум пропускания имеет место при фокусировке лазерного импульса в центр кюветы с веществом. Интенсивность ВКР "вперед" растет по мере увеличения слоя среды между фокальной перетяжкой и выходным окном кюветы, а интенсивность ВРМБ и ВКР "назад" растет при увеличении толщины слоя между фокальной перетяжкой линзы и входным окном кюветы.

В настоящей работе использовалась фокусировка лазерного излучения в центр кюветы, а толщина кюветы выбиралась такой, чтобы ВКР и ВРМБ не возбуждались. Этим условиям удовлетворяет толщина слоя ацетона 5 мм при фокусирующих линзах от 50 до 90 мм, Мы использовали линзу с фокусным расстоянием 50 мм. Энергия лазерного

- 49 -

импульса менялась в пределах от 0,001 Дж до 0,15 Дж. Зависимость пропускания ацетона от анергии излучения, сфокусированного в центр кюветы, представлена на рис.1 кривой где Е - энергия импульса, падающего на кювету, E_пр - энергия импульса,

Рис.1. о - пропускание ацетона в зависимости от энергии накачки, х - относительное изменение фазы прошедшего слой ацетона импульса в зависимости от энергии накачки.

выходящего из кюветы. Как видно из рисунка, пропускание нелинейно уменьшается при увеличении анергии лазерного излучения, достигая насыщения при энергии накачки 0,06 Дж.

Зависимость фазы прошедшего через кювету света от энергии падающего светового импульса измерялась с помощью двухлучевого интерферометра. В плечи интерферометра вводились две одинаковые кюветы с ацетоном. В одну из них фокусировалось излучение лазера. Идентичная кювета помещалась во второе плечо интерферометра для компенсации разности хода. Поскольку пучок лазерного излучения, проходящий через эту кювету, был расфокусирован, изменений интенсивности и фазы излучения не наблюдалось из-за низкой плотности мощности.

- 50 -

Интерференционная картина на выходе из интерферометра регистрировалась на фотопластинке. Положение полос в интерференционной картине измерялось относительно изображения репера, жестко скрепленного с плитой интерферометра. Для контроля стабильности после каждого выстрела лазера интерференционная картина фотографировалась в свете HeNe лазера. Стабильность интерференционной картины в этом случае означает, что сдвиг полос в свете рубинового лазера связан с изменением характеристик вещества под действием лазерного излучения, а не со смещением элементов интерферометра. Энергия излучения измерялась с помощью термоэлемента ВЧД-2, проградуированного с помощью приемника ИМО-2. Минимальная энергия, при которой отчетливо регистрировалась интерферограмма, составляла 0,001 Дж, При энергиях выше 0,04 Дж начиналось нелинейное поглощение в окнах кюветы и в них появлялись разрушения.

На рис.1 кривая показывает относительное изменение фазы при увеличении энергии лазерного излучения. За 0 принята фаза при энергии 0,001 Дж. Как видно из рисунка, разность фаз растет примерно до энергии 0,03 Дж, затем рост существенно замедляется. Из этих данных, зная длину волны излучения и длину фокальной перетяжки фокусирующей линзы, можно оценить изменение показателя преломления ацетона. Максимальное значение Δn составляло величину ~5*10^-3 Знак изменения показателя преломления положительный.

Изменение показателя преломления может быть результатом совокупного действия целого ряда физических эффектов. Наиболее вероятными представляются нелинейный эффект Керра и изменение поляризуемости молекул при возбуждении. Окончательное выяснение этого вопроса требует дополнительных экспериментов.

В тех же условиях, в которых исследовалось изменение фазы, фотографировались изображения различных объектов. Фурье-спектр фазового объекта или транспаранта проектировался с помощью линзы в объем вещества, обладающего ДП. В случае объекта - транспаранта действие среды с двухфотонным поглощением было аналогично действию экрана, убирающего нулевой порядок в фурье-спектре. В плоскости изображения наблюдались контуры объекта при отсутствии

- 51 -

интенсивного фона.

Изображение фазового объекта переменной толщины представлено на рис.2 а, б.

При обычном освещении объект не виден. При установлении механического экрана, закрывающего нулевой порядок в фурье-спектре объекта (метод темного поля), видны контуры объекта, обозначающего края (см. рис,2а), Введение амплитудно-фазового экрана,

Рис.2. Изображение фазового объекта

а) по методу темного поля; б) при использовании наведенного светом амплитудно-фазового экрана в ацетоне.

который возникает в ацетоне под действием лазерного излучения, позволяет визуализировать прозрачные области разной толщины (2б). Достоинством этого метода является возможность одновременного наблюдения объектов, сильно отличающихся по размеру, простота юстировки. Как амплитудно-фазовый экран, зависящий от интенсивности света, могут быть использованы любые среды с двух- или многофотонным поглощением, например, такие простые и доступные, как ацетон и вода.