close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4217

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4217
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 03H 1/18
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ ДВУХЭКСПОЗИЦИОННЫХ
ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕРОГРАММ
НА ФОТОТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ
(21) Номер заявки: a 19980631
(22) 1998.07.09
(46) 2001.12.30
(71) Заявитель: Институт электроники Национальной академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Ковалев А.А., Жданович С.Н. (BY)
(73) Патентообладатель: Институт электроники
Национальной академии наук Беларуси (BY)
(57)
Устройство для записи двухэкспозиционных голографических интерферограмм на фототермопластический носитель, содержащее держатель фототермопластического носителя, средство электризации его поверхности, импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий активный элемент,
оптически связанные основной и дополнительный резонаторы, электрооптический модулятор с блоком
управления, теплоизлучающий канал для разогрева фототермопластического носителя, средство регистрации теплового излучения и линию задержки, электрически связанную со средством регистрации теплового
излучения и блоком управления электрооптическим модулятором, канал экспонирования с удвоителем частоты излучения, спектральным фильтром и голографической системой проецирования, оптически связанной
с теплоизлучающим каналом, отличающееся тем, что дополнительный резонатор лазера включает телескоп,
диэлектрический поляризатор, четвертьволновую пластинку, усилитель и зеркало на эффекте вынужденного
рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, последовательно размещенные за электрооптическим модулятором,
при этом канал экспонирования с удвоителем частоты излучения, спектральным фильтром и голографической системой проецирования оптически связан с дополнительным резонатором лазера через диэлектрический поляризатор, а основной резонатор лазера включает эталон Фабри-Перо и диафрагму, размещенные
между электрооптическим модулятором и активным элементом, при этом теплоизлучающий канал, оптически связанный с основным резонатором лазера, включает телескоп и усилитель, размещенные последовательно за выходным зеркалом основного резонатора лазера.
(56)
SU 1101030 A1, 1995.
SU 741668 A1, 1991.
BY 4217 C1
SU 1254428 A1, 1986.
JP 04007586 A, 1992.
Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к системам записи и обработки
информации и может быть использовано в голографии, двухэкспозиционной голографической интерферометрии и других областях, где необходимы системы на базе импульсных твердотельных лазеров, генерирующих парные импульсы излучения наносекундной длительности с воспроизводимыми параметрами и
регулируемым временным интервалом следования.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для голографической записи информации на фототермопластические (ФТП) носители (Ковалев А.А., Жданович С.Н. // SU 1101030 А1, 1995), содержащее держатель ФТП носителя, средство электризации его поверхности, импульсный твердотельный
лазер инфракрасного (ИК) диапазона, включающий активный элемент, оптически связанные основной и дополнительный резонаторы, электрооптический модулятор с блоком управления, теплоизлучающий канал для
разогрева ФТП носителя, средство регистрации теплового излучения и линию задержки, электрически связанную со средством регистрации теплового излучения и блоком управления электрооптическим модулятором, а также канал экспонирования с удвоителем частоты излучения, спектральным фильтром и
голографической системой проецирования, оптически связанной с теплоизлучающим каналом. В данном
устройстве с помощью одного твердотельного лазера ИК диапазона обеспечена тепловая обработка и экспонирование ФТП носителя. Запись двухэкспозиционных голографических интерферограмм осуществлялась путем последовательной записи двух голограмм через заданный интервал времени при повторном включении
электрооптического модулятора и коммутации добротности сложного резонатора лазера. В данном устройстве не решена задача воспроизводимости параметров моноимпульсов излучения для экспонирования, генерируемых в различные моменты времени. При регистрации двухэкспозиционных голографических
интерферограмм, осуществляемой путем записи двух голограмм в различные моменты времени, это приводит к появлению системы "паразитных" полос, снижающих достоверность записи.
Технической задачей является обеспечение воспроизводимости параметров импульсов излучения для канала экспонирования, генерируемых в различные моменты времени.
Поставленная техническая задача решается тем, что в устройство для записи двухэкспозиционных голографических интерферограмм на ФТП носитель, содержащее держатель ФТП носителя, средство электризации его поверхности, импульсный твердотельный лазер ИК диапазона, включающий активный элемент,
оптически связанные основной и дополнительный резонаторы, электрооптический модулятор с блоком
управления, теплоизлучающий канал для разогрева ФТП носителя, средство регистрации теплового излучения и линию задержки, электрически связанную со средством регистрации теплового излучения и блоком
управления электрооптическим модулятором, а также канал экспонирования с удвоителем частоты излучения,
спектральным фильтром и голографической системой проецирования, оптически связанной с теплоизлучающим каналом, введены в дополнительный резонатор лазера телескоп, диэлектрический поляризатор, четвертьволновую пластинку, усилитель и зеркало на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБзеркало), последовательно размещенные за электрооптическим модулятором, при этом канал экспонирования с
удвоителем частоты излучения, спектральным фильтром и голографической системой проецирования оптически связан с дополнительным резонатором лазера через диэлектрический поляризатор, а в основной резонатор лазера введены эталон Фабри-Перо и диафрагм, размещенные между электрооптическим модулятором и
активным элементом, при этом теплоизлучающий канал, оптически связанный с основным резонатором лазера, включает телескоп и усилитель, размещенные последовательно за выходным зеркалом основного резонатора лазера.
Функционально один лазер заменяет собой систему из двух источников излучения для экспонирования и тепловой обработки ФТП носителя ИК излучением. В лазере обеспечена генерация базового уровня излучения
со стабильными параметрами, узким спектром и воспроизводимыми волновыми фронтами (ВФ). Из излучения устойчивой квазистационарной генерации в моменты времени t1 и t2 выделяются наносекундные импульсы излучения. Они проходят в дополнительный резонатор лазера, усиливаются в двухпроходовом
усилителе с ВРМБ-зеркалом и направляются в канал экспонирования с удвоителем частоты излучения, спектральным фильтром и голографической системой проецирования. Выделение наносекундных импульсов из
базового уровня осуществлялось без модуляции добротности основного резонатора лазера и внесения в него
связанных с этим возмущений. Это позволяет обеспечить повторяемость результатов. Использование двухпроходовых усилителей с ВРМБ-зеркалом позволяет компенсировать естественно возникающие на этапе
усиления искажения идентичным образом для первого и второго импульсов.
Таким образом, параметры излучения (спектр, структура ВФ) в импульсах, идущих в канал экспонирования, задаются параметрами базового уровня излучения квазистационарной генерации. При этом основная
часть излучения базового уровня после усиления идет в теплоизлучающий канал для разогрева ФТП носите2
BY 4217 C1
ля. В предлагаемом устройстве (в отличие от прототипа) канал экспонирования с удвоителем частоты излучения, спектральным фильтром и голографической системой проецирования связан с дополнительным резонатором лазера, а теплоизлучающий канал - с основным.
Оптическая схема устройства представлена на фигуре. Устройство содержит:
1 - "глухое" диэлектрическое зеркало;
2 - выходное зеркало;
3 - электрооптический модулятор;
4 - блок управления;
5 - моноблочный эталон Фабри-Перо;
6 - диафрагму;
7 - активный элемент размерами 5×65 мм;
8 - теплоизлучающий канал;
9, 18 - согласующие телескопы;
10, 21 - усилители;
11 - поворотное зеркало;
12 - ФТП носитель;
13 - держатель ФТП носителя;
14 - средство электризации поверхности ФТП носителя;
15 - средство регистрации теплового излучения;
16 - линию задержки;
17 - дополнительный резонатор лазера;
19 - диэлектрический поляризатор;
20 - четвертьволновую пластинку;
22 - положительную линзу;
23 - ВРМБ-кювету с оптически активным веществом;
24 - канал экспонирования;
25 - удвоитель частоты излучения;
26 - спектральный фильтр типа СЗС-23;
27 - поворотное зеркало;
28, 29 - голографическая система проецирования;
29 - объект.
Устройство включает в себя "глухое" диэлектрическое зеркало 1 и выходное зеркало 2 в виде резонансного отражателя с коэффициентами отражения соответственно 0,99 и 0,2, образующие основной резонатор лазера, в котором размещены электрооптический модулятор 3 из кристалла ДКДП типа ЛЭЗ-1, электрически
связанный с блоком управления 4, моноблочный эталон Фабри-Перо 5, диафрагму 6, активный элемент 7 из
Nd:YAG размерами 5×65 мм. В теплоизлучающем канале 8, оптически связанным с основным резонатором
1-2 лазера, размещены согласующий телескоп 9, усилитель 10 с активным элементом из Nd:YAG размерами
6,3×100 мм, а также поворотное зеркало 11, оптически связанное с ФТП носителем 12, размещенном на
держателе 13 со средством электризации поверхности 14, и средство регистрации теплового излучения 15,
электрически связанное через линию задержки 16 с блоком управления 4.
В дополнительном резонаторе 17 лазера за - электрооптическим модулятором 3 последовательно размещены согласующий телескоп 18, диэлектрический поляризатор 19, четвертьволновая пластинка 20, усилитель 21 с активным элементом из Nd:YAG размерами 6,3×100 мм, ВРМБ-зеркало, включающее
положительную линзу 22 с фокусным расстоянием ∼ 6 см и ВРМБ-кювету 23 с оптически активным веществом (ацетон, CCl4 и др.). Канал экспонирования 24 с удвоителем частоты излучения 25, спектральным
фильтром 26 типа СЗС-23, поворотным зеркалом 27 и голографической системой проецирования 28-29, содержащей объект 29, оптически связан с ФТП носителем 12.
Устройство работает следующим образом. В начальный период времени после включения системы накачки в основном резонаторе 1-2 лазера возникает излучение свободной генерации. Оно падает на входную
грань электрооптического модулятора 3 и после отражения от гипотенузной грани из неполяризованного излучения выделяется р-компонента, которая отражается в направлении зеркала 1 и затем обратно. Селекция
спектра генерации осуществлялась с помощью диафрагмы 6, эталона Фабри-Перо 5 и резонансного отражателя 2. Модовый состав излучения формировался в течение всего начального периода развития импульса
свободной генерации, за большое число проходов излучения по основному резонатору. Это обеспечивало
эффективное сужение спектра излучения. Таким образом, в резонаторе, имеющем полуконфокальную конфигурацию, устанавливался режим квазистационарной генерации.
В дальнейшем из этого базового уровня излучения квазистационарной генерации формировались наносекундные импульсы излучения для канала экспонирования. Однако на данном этапе излучение в дополнительном резонаторе 17 и канале экспонирования 24 отсутствует. Через выходное зеркало 2 ИК излучение
3
BY 4217 C1
(λ = 1,064 мкм) базового уровня попадает в теплоизлучающий канал 8. Оно расширяется согласующим телескопом 9 и заполняет апертуру активного элемента усилителя 10. После усиления ИК излучение зеркалом 11
направлялось на ФТП носитель 12 и начинает процесс его тепловой обработки (на этапе до экспонирования
осуществляется предварительный нагрев до температуры меньше температуры проявления записи). Появление ИК излучения в теплоизлучающем канале 8 фиксируется средством регистрации теплового излучения
15. Для формирования импульсов излучения для канала экспонирования от блока управления 4 на электрооптический модулятор 3 подается высоковольтный электрический импульс длительности τ, равной заданному интервалу ∆ţ t V = t ţ2- t ţ1 между экспозициями, с фронтами включения и выключения, равными τ1ф и τ2ф.
,
, ,
Электрооптический модулятор 3 в это время заполнен узкополосным излучением базового уровня, так как
импульс квазистационарной генерации имеет большую (4 мс) длительность. Время включения блока управления 4, вырабатывающего высоковольтный электрический импульс, регулируется линией задержки 16. Она
введена для того, чтобы включение блока управления 4 происходило не сразу после появления излучения в
теплоизлучающем канале 8, а спустя некоторое (200-300 мкм) время, необходимое для установления квазистационарного режима генерации со стабильными параметрами, узким спектром и воспроизводимыми ВФ.
Выделение наносекундных импульсов излучения для канала экспонирования из базового уровня квазистационарной генерации осуществлялось на фронтах включения τ1ф и выключения τ2ф высоковольтного напряжения, подаваемого на электрооптический модулятор 3 от блока управления 4. В данном случае термин
"электрооптический модулятор" не в полной мере соответствует своему содержанию, так как модуляции добротности основного резонатора 1-2 лазера не происходит, а осуществляется инжекция части излучения базового уровня в виде импульсов наносекундной длительности в дополнительный резонатор 17.
Это происходит при прохождении значения Uλ/4 в результате поворота плоскости поляризации излучения базового уровня на 90° Т.е. через диэлектрический поляризатор 19 в усилитель 21 проходит только та часть излучения базового уровня, поляризация которой успела измениться на 90° при двукратном прохождении
электрооптического модулятора 3 (к зеркалу 1 и обратно) во время существования на нем напряжения Uλ/4.
Это напряжение (т.е. Uλ/4) существует на данном этапе только на фронте включения высоковольтного импульса. В результате изменения поляризации части излучения происходит инжекция наносекундного импульса излучения из основного резонатора в дополнительный 17. Амплитуда высоковольтного импульса
выбиралась такой, чтобы поляризация проходящего через электрооптический модулятор 3 излучения на отрезке времени ∆ţ t = ţ t 2-ţ t 1, между экспозициями соответствовала р-компоненте излучения (т.е., чтобы для
,
, ,
излучения базового уровня был открыт только основной резонатор 1-2). Таким образом на отрезке времени
∆ t ţ формируется задержка между экспозициями. Появление второго импульса излучения в дополнительном
,
резонаторе 17 и оптически связанном с ним канале экспонирования 24 происходит в момент времени t ţ2, в
,
результате выключения высоковольтного импульса, когда ситуация повторяется на заднем фронте при прохождении значения Uλ/4. Происходит инжекция через диэлектрический поляризатор 19 второго наносекундного импульса излучения в усилитель 21.
Длительность сформированных импульсов по полувысоте равна половине длительности переднего и заднего
фронтов
управляющего
высоковольтного
электрического
импульса,
подавае-
4
BY 4217 C1
мого от блока 4 на электрооптический элемент 3. Так, например, тиратрон типа ТГИ2-130/10 обеспечивает
длительность фронтов включения и выключения менее 20 нс и в устройствах на базе таких коммутирующих
элементов достигается длительность импульсов менее 10 нс. Наносекундные импульсы излучения, сформированные из базового уровня в моменты времени t ţ1 и ţ t 2 проходят поляризатор 19, четвертьволновую пла,
,
стинку 20, идут через усилитель 21 и достигают значений мощности излучения, превышающих порог
включения ВРМБ-зеркала. На этом этапе усиления (т.е. до включения ВРМБ-зеркала) в пучок, естественно,
вносятся искажения, влияющие на структуру ВФ. Усиленное излучение фокусируется линзой 22 (F ∼ 6 см)
внутрь кюветы 23 с оптически активным веществом, в котором возбуждается ВРМБ-зеркало, образующее
отраженную назад волну.
Возникающая после включения ВРМБ-зеркала волна является "обращенной во времени" репликой падающей волны. Напомним, что словосочетание "обращенной во времени" выражает тот факт, что отраженный
ВРМБ-зеркалом пучок несет именно те искажения, которые были внесены в него при первом прохождении
усилителя, но в обращенном виде. При обратном прохождении отраженной волны компенсируются те искажения, которые были внесены в пучок во время его прохождения в прямом направлении через усилитель к
ВРМБ-зеркалу 22, 23. Отраженный ВРМБ-зеркалом пучок в двухпроходовой схеме проходит точно по тому
же пути, что и падающий. Когда фазовосопряженный пучок проходит через усилитель в обратном направлении, его движение, обращающее движение исходного пучка, "зануляет" искажающее воздействие активной
среды усилителя 21.
Отраженные ВРМБ-зеркалом и усиленные на обратном проходе импульсы излучения имеют перед поляризатором 9 отличную от исходной на 90° поляризацию в результате действия четвертьволновой пластинки
20 и отражаются им в канал экспонирования 24. На входе канала экспонирования размещены удвоитель частоты излучения 25 и спектральный фильтр 26. После удвоения частоты излучения наносекундные импульсы
с длиной волны 0,532 мкм отражаются зеркалом 27 в голографическую систему проецирования 28-29 с
предметным и опорным пучками.
В ячейке записи с ФТП носителем 12 происходит запись голограммы в момент времени ,t ţ1, затем через
интервал времени ∆ t ţ, задаваемый длительностью высоковольтного импульса, происходит запись второй го,
лограммы в момент времени t ţ2. В результате их наложения образуется голографическая интерферограмма с
,
системой полос, несущих информацию об изменении состояния объекта 29 между двумя экспозициями. Требование идентичности параметров излучения первого и второго наносекундных импульсов экспонирования
продиктовано необходимостью устранения в восстановленном голографической интерферограммой изображении системы "паразитных" полос, несущих информацию об изменении параметров первого и второго импульсов относительно друг друга. Это обеспечивает достоверность записи, так как теперь система полос
несет информацию об изменении состояния объекта 29 между экспозициями и значительно упрощает процедуру обработки и расшифровки записи.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
138 Кб
Теги
патент, by4217
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа