Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 6. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СВЕРХКОРОТКИХ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВДля измерения длительности пикосекундных световых импульсов применяют два основных метода: метод двухфотонной люминесценции и измерения с помощью электронно-оптических камер. Рассмотрим оба метода подробнее, а затем кратко остановимся на других измерительных методах. а. Метод двухфотонной люминесценции (ДФЛ)Весьма удачный и интересный метод измерения длительности пикосекундных световых импульсов предложили в 1967 г. Джордмейн и др. [24]. Метод основан на наложении двух цугов импульсов в растворе подходящего красителя. Для измерений выбирают краситель, обладающий двухфотонным поглощением. Схема метода ДФЛ представлена на рис. 27.8, а. Предположим, что неодимовый лазер генерирует цуг световых импульсов с интервалом между ними примерно от 2 до 20 не. В кристалле KDP возбуждается вто рая гармоника, которая после фокусировки телескопической системой направляется в кювету с раствором красителя. Если кювета заканчивается зеркалом, то интерференция падающих и отраженных импульсов приводит к образованию стационарного распределения мест «совпадения» импульсов. Интенсивность света в этих местах возрастает, что сопровождается увеличением вероятности двухфо тонного поглощения по сравнению с одиночным цугом импульсов. В результате этого в местах «совпадения» импульсов наблюдается усиленная люминесценция (флюоресценция), причем размеры светящихся областей определяются длительностью отдельного импульса. Разумеется, более слабая люминесценция, которую мы будем называть фоном, возникает вдоль всего пути излучения; На рис. 27.8, б показан другой вариант: первичный пучок расщепляется с помощью светоделительной пластинки на два пучка, которые после отражения от зеркал и фокусировки встречаются в кювете с красителем, возбуждая ДФЛ. Если два кванта с длиной волны 0,53 мкм одновременно поглощаются молекулой красителя, возникает флюоресцентное свечение, обычно сине-фиолетового цвета. В случае рубинового лазера сложение двух квантов дает ультрафиолетовое излучение, поэтому нет необходимости в генерации
Рис. 27.8. Схема измерения длительности пикосекундных световых импульсов методом двухфотонной люминесценции: а — серия пичков от лазера на неодимовом стекле после преобразования во вторую гармонику в кристалле KDP создает стоячую волну в красителе, б - две серии пучков распространяются в красителе в противоположных направлениях. второй гармоники. В обоих случаях важно, чтобы возбуждение осуществлялось ультрафиолетовым излучением, так как такое возбуждение весьма эффективно. Однако следует помнить, что речь идет о двухфотонном, а не о прямом процессе. 1 В первом эксперименте Джордмейн и др. применили кювету длиной 19 мм. Треки голубой ДФЛ фотографировались, а затем измерялись фотоденситометром. Было осуществлено двухфотонное поглощение квантов излучения второй гармоники неодимового лазера. Цуг лазерных импульсов состоял из 20 импульсов с интервалом 4,6 не между ними. Длина кюветы была недостаточна для того, чтобы наблюдать интервалы между импульсами. Регистрировалась лишь тонкая структура одного импульса. Установлено, что он состоял из пичков длительностью ДФЛ. В рассматриваемом эксперименте пятнышки имели ширину 0,4 мм, а расстояние между ними составляло 6,1 мм. Метод ДФЛ сложен с экспериментальной точки зрения. Первая трудность заключается в сильном поглощении красителем излучения, возникающего при двухфотонной люминесценции. Иными словами, краситель сильно поглощает свое собственное излучение. Поэтому исследуемые сигналы должны распространяться в красителе вблизи его свободной поверхности. В этом случае поглощение люминесцентного свечения невелико, поскольку наблюдение ведется в направлении, перпендикулярном оси системы. Для наблюдения трека пучка в красителе, в особенности более светлых участков, иногда применяют фотоумножители в комбинации с фотоаппаратом. Необходимы также фильтры, устраняющие свечение лазерного пучка и импульсных ламп. Кроме того, должна быть ослаблена оптическая связь между детектирующей системой и лазером. Если световой пучок, возвращающийся от детектора, слишком интенсивен, он приводит к уменьшению степени синхронизации мод. Детальный анализ явления ДФЛ показывает, что интерпретация получаемой интерференционной картины двух встречных цугов импульсов неоднозначна. Световой пучок лазера с несинхронизованными модами также может вызывать двухфотонную люминесценцию. Эти вопросы рассмотрены в работах Клаудера и др. [251, Кочи [26], Ахманова и Чиркина [27], Харраха [28], Дрексхейга [29] и др. Приведем здесь основные результаты из работы Клаудера [25]. Допустим, что электрическое поле световой волны равно
где
Интенсивность двухфотонной люминесценции зависит от квадрата интенсивности света. Рассчитаем сначала произведение
Нас интересует некоторая усредненная картина треков ДФЛ в растворе. Пучности стоячей волны непосредственно не наблюдаются. Следовательно, некоторые члены в выражении (27.12) исчезнут при усреднении по интервалу
Последнее выражение с учетом обозначений (27.11) приобретает вид
Интенсивность ДФЛ равна
где С — некоторая постоянная. Предположим, что продолжительность цуга пикосекундных импульсов равна
где
Тогда
где С — новая постоянная, Таблица 27.3 (см. скан) Интенсивности двухфотонной люминесценции для различных лазерных пучков [25] между максимумами наблюдается довольно интенсивное свечение фона, хотя функции
Если фазы мод нескоррелированны, а число мод достаточно велико, то Недостатком метода ДФЛ является относительно малое отношение сигнала к шуму, т. е. низкий контраст картины люминесценции. Ренцепис и Дюге [30] предложили метод, в котором свечение фона удалось существенно уменьшить. Сущность метода заключается в том, что в ячейку с красителем направляют два импульса с различными частотами. Интенсивная двухфотонная люминесценция появится только в местах встречи импульсов. Частота первого импульса такова, что он не может вызвать ДФЛ. Второй импульс ослабляется настолько, чтобы он сам по себе также не мог возбудить ДФЛ. Лишь при сложении частот двух импульсов становится возможным одновременное поглощение двух квантов. В эксперименте [30] измерительная кювета содержала раствор дифенилциклопентадиена (при концентрации Таблица 27.4 (см. скан) Растворы, применявшиеся для измерения длительности сверхкоротких импульсов методом ДФЛ красителя; менее мощные импульсы второй гармоники возбуждали слабое голубое свечение. При одновременном воздействии тех и других импульсов возникала интенсивная двухфотонная люминесценция. Неодимовый лазер генерировал цуги импульсов с длиной волны
|
1 |
Оглавление
|