CC BY
26
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЪЕМНЫХ ПРОПУСКАЮЩИХ ГОЛОГРАММ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Н.В. Мирошникова, О.В. Андреева
Разработка в ГОИ им. Вавилова новой светочувствительной среды с диффузным усилением "Диффен" [1, 2] позволила получить высококачественные оптические элементы на основе объемных пропускающих голограмм - узкополосные селекторы лазерного излучения. Особенностью объемных голографических решеток является высокая дифракционная эффективность, достигающая 100 %.
Настоящая статья посвящена описанию методики измерения дифракционной эффективности объемных пропускающих голограмм при изменении внешних условий (температуры и влажности).
Схема измерения показана на рисунке.
1 2 3 4 5 6
2 - телескопическая система для расширения и пространственной фильтрации пучка лазера, 3 - диафрагмы, 4 - анализатор - поляризатор, 5 - пропускающая
голограмма, 6 - фотоприемник, 7 - экран
Голограмма в кассете устанавливалась на микропозиционере, снабженном микрометрической угловой подвижкой, с ценой деления (1,021 ± 0,012)х10- рад. Вращением микропозиционера голограмму устанавливают под углом Брэгга к падающему излучению.
Полиметилметакрилат (ПММА) - гигроскопичная полимерная среда. Предположили, что в момент вынимания голограммы из эксикатора, где образец находится в условиях 100 % влажности, влага по всему его объему распределена равномерно, но с течением времени постепенно испаряется, выходя из объема образца на поверхность. Это должно привести к неравномерному распределению влаги в объеме образца, деградации решетки, изменению фазовой модуляции, анизотропии и, следовательно, дифракционной эффективности. За некоторый период времени параметры голограммы должны были вернуться к стабильному значению, соответствующему равномерному распределению влаги в объеме образца.
Исходя из вышесказанного, проводили два эксперимента:
- в случае равномерного испарения влаги предполагается, что произойдет только отклонение пучка за пропускающей объемной голограммой от направления, задаваемого условием Брэгга (опыт 1);
- в случае неравномерного распределения можно ожидать и отклонение от угла Брэгга, и изменение дифракционной эффективности (опыт 2).
Опыт 1.
1. В течение нескольких дней образец выдерживается на открытом воздухе при комнатной влажности, температуре и давлении.
2. Образец устанавливается на микропозиционер, и измеряется дифракционная эффективность голограмм п при двух ортогональных поляризациях в стабильном состоянии - п^стаб, п1|стаб.
3. На 1-2 дня образец помещается в эксикатор.
4. Образец вынимают из эксикатора и устанавливают на микропозиционер, где через каждые 10 минут измеряется дифракционная эффективность при двух ортогональных поляризациях:
П = (/вНЕ БРЭГГА - /БРЭГГА) / /ВНЕ БРЭГГА, (1)
где /БРЭГГА, 1ВНЕ БРЭГГА - интенсивность нулевого пучка при установке исследуемой голограммы под углом Брэгга к падающему излучению и при отклонении от угла Брэгга, соответственно.
Опыт 2.
В схеме измерения, показанной на рисунке, на место экрана 7 устанавливается дополнительный фотоприемник 6, обозначенный пунктиром.
1. В течение нескольких дней образец выдерживается на открытом воздухе при комнатной влажности, температуре и давлении.
2. Образец устанавливается на микропозиционер, и измеряется дифракционная эффективность голограмм п при двух ортогональных поляризациях в стабильном состоянии - п^стаб, п1|стаб.
3. Голограмма выставляется на максимум дифракционной эффективности (при максимальной интенсивности нулевого пучка), и далее схема эксперимента строится так, чтобы проводить измерения, не меняя положение образца относительно падающего на голограмму пучка света. Около образца ставится небольшой бюкс с дистиллированной водой. Образец и бюкс накрываются стеклянной колбой, и место соприкосновения поверхностей колбы и микропозиционера обрабатывается глицерином. Глицерин необходим для того, чтобы под колбой постоянно поддерживались такие же условия как в эксикаторе, а именно 100 % влажность.
4. Через 1-2 дня колбу и бюкс убирают.
5. Через каждые 10 минут измеряют дифракционную эффективность. При этом используют два кремниевых фотоприемника, один из которых устанавливается в дифрагированный пучок, а другой - в нулевой, и два вольтметра.
п = 1дифр./ (/дифр. + /с а), (2)
где /с и /дифр - интенсивности нулевого и дифрагированного пучков, соответственно, а - коэффициент, связывающий показания фотоприемников и определяемый экспериментально. Для фотоприемников, использованных в данном эксперименте, а = 0,6.
При изменении температуры окружающей среды измерения дифракционной эффективности проводятся по схеме, представленной на рисунке. Методика эксперимента состоит в следующем:
1. В течение нескольких дней образец выдерживается на открытом воздухе при комнатной влажности, температуре и давлении.
2. Образец устанавливается на микропозиционер, и производится измерение п при двух ортогональных поляризациях в стабильном состоянии - п^стаб, п1|стаб.
3. Образец помещается в холодный термостат, постепенно нагреваемый до определенной температуры, которая поддерживалась в нем в течение 1,5-2 часов.
4. Образец вынимается из термостата (считается, что в этот момент он равномерно прогрет по всему объему), устанавливается на микропозиционер, и измеряется п^ и п|| через каждые 10 минут в течение часа. При этом используется формула (1).
Предпосылки и результаты исследования подробно изложены в работе [3].
Выводы
Собрана и отъюстирована схема для измерения дифракционной эффективности объемных пропускающих голограмм при двух взаимно перпендикулярных направлениях поляризации лазерного излучения.
Отработана методика измерения дифракционной эффективности при изменении температуры и влажности окружающей среды.
Литература
1. Вениаминов А. В., Гончаров В. Ф., Попов А. П. Усиление голограмм за счет диффузной деструкции противофазных периодических структур // Опт. и спектр. 1991. Т. 70. Вып. 4. С. 864-869.
2. Андреева О.В., Бандюк О.В., Парамонов А.А., Черкасов А.С., Гаврилюк Е.Р., Андреев П.В. Объемные пропускающие голограммы в полимерной среде с фенантренхиноном (в печати).
3. Мирошникова Н.В., Прокопенко В.Т., Андреева О.В. Влияние температуры и влажности окружающей среды на параметры объемных пропускающих голограмм, зарегистрированных на полимерной среде Диффен (в печати).
