Лазерно-голографическое устройство контроля воздействия инфракрасного излучения на облучаемый объект

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛАЗЕРНО-ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЛУЧАЕМЫЙ ОБЪЕКТ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданович Сергей Николаевич Ковалев Анатолий Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Лазерно-голографическое устройство контроля воздействия инфракрасного излучения на облучаемый объект, содержащее импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий оптически связанные резонаторы для - и -компонент инфракрасного излучения, связанные соответственно посредством канала экспонирования, содержащего голографическую систему проецирования, содержащую предметный и опорный каналы, и теплоизлучающего канала с держателем фототермопластического носителя, связанного со средством электризации его поверхности, а также полуволновую 11093 1 2008.08.30 пластинку и средство регистрации инфракрасного излучения, выход которого электрически связан со входом линии задержки, электрически связанной со входом блока управления электрооптическим модулятором, причем резонатор для -компоненты, выполненный полуконфокальным, содержит оптически связанные глухое зеркало резонатора для компоненты, двухчастотный и диэлектрический поляризаторы с установленным между ними активным элементом лазера, выходное зеркало резонатор для -компоненты содержит оптически связанные глухое зеркало резонатора для -компоненты, электрооптический модулятор, эталон Фабри-Перо, указанные диэлектрический и двухчастотный поляризаторы, диафрагму, удвоитель частоты лазерного излучения и селективное зеркало предметный канал содержит оптически связанные поворотное зеркало предметного канала, телескоп предметного канала, выполненный с возможностью оптической связи с объектом опорный канал содержит оптически связанные поворотные зеркала опорного канала а теплоизлучающий канал содержит оптически связанные поворотное зеркало теплоизлучающего канала, телескоп теплоизлучающего канала и указанный держатель фототермопластического носителя, отличающееся тем, что содержит канал облучения объекта инфракрасным излучением, выполненный из последовательно размещенных оптически связанных усилителя,первого поворотного зеркала, телескопа канала облучения, второго поворотного зеркала, с возможностью оптической связи через объект со входом средства регистрации инфракрасного излучения, установленного в области максимума рассеянного излучения, причем вход канала облучения оптически связан с поворотным зеркалом теплоизлучающего канала,выполненным в виде диэлектрического поляризатора, а между оптически связанными выходным зеркалом резонатора для -компоненты и поворотным зеркалом теплоизлучающего канала установлен электрооптический элемент, оптически связанный с поворотным зеркалом теплоизлучающего канала через полуволновую пластинку и электрически связанный с блоком питания, электрически подключенным ко входу линии задержки. Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам неразрушающего контроля, и может быть использовано в технологии изделий оптической и электронной техники. Известно устройство для контроля воздействия лазерного излучения на материалы 1,содержащее лазер для облучения исследуемого материала, лазер для экспонирования голограмм, голографическую систему проецирования, регистрирующую среду для записи голограмм. Облучение материала и запись голограмм осуществляются с помощью двух независимых лазеров. В качестве регистрирующей среды используются галогенидосеребряные фотоматериалы, требующие, как известно, химического процесса обработки. Наиболее близким по технической сущности является устройство для голографической записи оптической информации на фототермопластический носитель 2, содержащее импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий оптически связанные резонаторы для - и -компонент инфракрасного излучения, связанные соответственно посредством канала экспонирования, содержащего голографическую систему проецирования, содержащую предметный и опорный каналы, и теплоизлучающего канала с держателем фототермопластического носителя, связанного со средством электризации его поверхности, а также полуволновую пластинку и средство регистрации инфракрасного излучения, выход которого электрически связан со входом линии задержки, электрически связанной со входом блока управления электрооптическим модулятором, причем резонатор для -компоненты, выполненный полуконфокальным, содержит оптически связанные глухое зеркало резонатора для -компоненты, двухчастотный и диэлектрический поляризаторы с установленным между ними активным элементом лазера, выходное зеркало резонатор для -компоненты содержитоптически связанные глухое зеркало резонатора для р-компоненты, электрооптический модулятор, эталон Фабри-Перо, указанные диэлектрический и двухчастотный поляризаторы, диафрагму, удвоитель частоты лазерного излуче 2 11093 1 2008.08.30 ния и селективное зеркало предметный канал содержит оптически связанные поворотное зеркало предметного канала, телескоп предметного канала, выполненный с возможностью оптической связи с объектом опорный канал содержит оптически связанные поворотные зеркала опорного канала а теплоизлучающий канал содержит оптически связанные поворотное зеркало теплоизлучающего канала, телескоп теплоизлучающего канала и указанный держатель фототермопластического носителя. Данное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как не обеспечивает голографического контроля над воздействием импульсного инфракрасного излучения твердотельного лазера на облучаемый объект. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения голографического контроля над воздействием инфракрасного излучения твердотельного лазера на облучаемый объект. Поставленная техническая задача решается тем, что лазерно-голографическое устройство контроля воздействия инфракрасного излучения на облучаемый объект, содержащее импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона, включающий оптически связанные резонаторы для - и -компонент инфракрасного излучения, связанные соответственно посредством канала экспонирования, содержащего голографическую систему проецирования, содержащую предметный и опорный каналы, и теплоизлучающего канала с держателем фототермопластического носителя, связанного со средством электризации его поверхности, а также полуволновую пластинку и средство регистрации инфракрасного излучения, выход которого электрически связан со входом линии задержки, электрически связанной со входом блока управления электрооптическим модулятором, причем резонатор для -компоненты, выполненный полуконфокальным, содержит оптически связанные глухое зеркало резонатора для -компоненты, двухчастотный и диэлектрический поляризаторы с установленным между ними активным элементом лазера, выходное зеркало резонатор для -компоненты содержит оптически связанные глухое зеркало резонатора для-компоненты, электрооптический модулятор, эталон Фабри-Перо, указанные диэлектрический и двухчастотный поляризаторы, диафрагму, удвоитель частоты лазерного излучения и селективное зеркало предметный канал содержит оптически связанные поворотное зеркало предметного канала, телескоп предметного канала, выполненный с возможностью оптической связи с объектом опорный канал содержит оптически связанные поворотные зеркала опорного канала а теплоизлучающий канал содержит оптически связанные поворотное зеркало теплоизлучающего канала, телескоп теплоизлучающего канала и указанный держатель фототермопластического носителя, содержит канал облучения объекта инфракрасным излучением, выполненный из последовательно размещенных оптически связанных усилителя, первого поворотного зеркала, телескопа канала облучения, второго поворотного зеркала, с возможностью оптической связи через объект со входом средства регистрации инфракрасного излучения, установленного в области максимума рассеянного излучения, причем вход канала облучения оптически связан с поворотным зеркалом теплоизлучающего канала, выполненным в виде диэлектрического поляризатора, а между оптически связанными выходным зеркалом резонатора для -компоненты и поворотным зеркалом теплоизлучающего канала установлен электрооптический элемент, оптически связанный с поворотным зеркалом теплоизлучающего канала через полуволновую пластинку и электрически связанный с блоком питания, электрически подключенным ко входу линии задержки. Совокупность указанных признаков обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет оперативного контроля над процессом воздействия инфракрасного лазерного излучения на облучаемый объект с помощью записи голограмм в заданные моменты времени. Оптическая схема устройства представлена на фигуре. Устройство содержит 1 - импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона 2 - активный элемент 3 11093 1 2008.08.30 3 - электрооптический модулятор 4 - эталон Фабри-Перо 5 - диэлектрический поляризатор 6 - двухчастотный поляризатор 7 - диафрагму 8 - удвоитель частоты лазерного излучения 9 - резонатор для -компоненты инфракрасного излучения 10 - глухое зеркало 11 - селективное зеркало 12 - канал экспонирования 13 - голографическая система проецирования 14 - предметный канал голографической системы проецирования 15 - опорный канал голографической системы проецирования 16 - телескоп 17 - поворотные зеркала 18 - резонатор для -компоненты инфракрасного излучения 19 - глухое зеркало 20 - выходное зеркало 21 - блок управления 22 - линия задержки 23 - электрооптический элемент 24 - блок питания 25 - полуволновая пластинка 26 - теплоизлучающий канал 27 - поворотное зеркало теплоизлучающего канала 28 - телескоп 29 - держатель ФТП носителя 30 - ФТП носитель 31 - средство электризации поверхности ФТП носителя 32 - средство регистрации инфракрасного излучения 33 - облучаемый объект 34 - канал облучения объекта 35 - усилитель 36 - первое поворотное зеркало 37 - телескоп 38 - второе поворотное зеркало. Устройство содержит импульсный твердотельный лазер ИК диапазона 1, включающий активный элемент 2, электрооптический модулятор 3, эталон Фабри-Перо 4, диэлектрический поляризатор 5, двухчастотный поляризатор 6, диафрагму 7, удвоитель частоты лазерного излучения 8, размещенные в резонаторе 9 для -компоненты излучения, образованном зеркалами 10 и 11 (соответственно глухое и селективное), а также оптически связанный с резонатором 9 канал экспонирования 12 и голографическую систему проецирования 13 с предметным 14 и опорным 15 лучами, телескопом 16, поворотными зеркалами 17. Резонатор 18 для -компоненты излучения образован зеркалами 19, 20 и оптически связан с резонатором 9. Электрооптический модулятор 3 электрически связан с блоком управления 21 и линией задержки 22. После выходного зеркала 20 резонатора для -компоненты излучения 18 расположены электрооптический элемент 23 с блоком питания 24 и полуволновая пластинка 25. В теплоизлучающем канале 26 последовательно размещены поворотное зеркало 27,телескоп 28, держатель 29 ФТП носителя, ФТП носитель 30 и средство электризации по 4 11093 1 2008.08.30 верхности ФТП носителя 31. Средство регистрации инфракрасного лазерного излучения 32 оптически связано с каналом облучения 34 и облучаемым объектом 33 и электрически связано через линию задержки 22 с блоком управления 21 и блоком питания 24. Выход блока управления 21 электрически связан с электрооптическим модулятором 3, а выход блока питания 24 электрически связан с электрооптическим элементом 23. Активным элементом 2 служит кристалл иттрий-алюминиевого граната с неодимом(ИАГ) размерами 565 мм. Электрооптический модулятор 3 типа ЛЭЗ-1 выполнен из одноосного анизотропного кристалла ДКДП. Блоком управления 21 служит стандартный блок МГИН-5. Удвоителем частоты лазерного излучения 8 является элемент 7 Ф 4-03 из кристалла 3. Зеркала 10, 19, 36, 38 имеют коэффициент отражения на длине волны 1,064 мкм, равный 0,99. Селективное зеркало 11 имеет коэффициент отражения на основной длине волны 1,064 мкм 0,99 и на длине волны второй гармоники 0,532 мкм 0,005. Это обеспечивает эффективный вывод излучения из канала экспонирования 12 в опорный 15 канал голографической системы проецирования 13. Поворотные зеркала 17 имеют коэффициенты отражения на длине волны 0,532 мкм второй гармоники, равные 0,99. Поворотное зеркало 27 оптического канала проявления голограмм выполнено в виде диэлектрического поляризатора. Активным элементом усилителя 35 служит кристалл иттрий-алюминиевого граната с неодимом (ИАГ) размерами 6,580 мм. Электрооптический элемент 23 типа МЗ-204 выполнен из одноосного анизотропного кристалла ДКДП размером 8820 мм. В данном устройстве один импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона функционально заменяет собой систему из трех источников излучения - для облучения объекта, для разогрева ФТП носителя при проявлении голограмм и для экспонирования объекта при записи голограмм. Канал облучения 34 оптически связан с резонатором 18 для -компоненты излучения, в котором обеспечена квазистационарная генерация излучения на длине волны 1,064 мкм. Теплоизлучающий канал 26 оптически связан с каналом облучения 34 объекта и резонатором для -компоненты излучения 18 с помощью поворотного зеркала 27. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии на электрооптический модулятор 3 от блока управления 21 подано постоянное напряжение смещения, равное четвертьволновому (/44 кВ). На электрооптическом элементе 23 напряжения отсутствует. В начальный момент времени 0 включается оптическая накачка активного элемента 2. Излучение активного элемента 2 падает на диэлектрический поляризатор 5, а также двухчастотный поляризатор 6. При этом -компонента излучения основной длины волны 1 отражается в направлении зеркал 20 и 19 резонатора 18 лазера, а -компонента пропускается в направлении 9 и 12 резонатора лазера. Электрооптическим модулятором 3 она направляется к зеркалу 10, отражается обратно и в результате двойного прохода через модулятор плоскость поляризации поворачивается на 90. Излучение с измененной поляризацией отражается гипотенузной гранью модулятора 3 в направлении, отличном от оптической оси резонатора для -компоненты излучения. Это делает невозможным на данном этапе развитие генерации в резонаторе 9 для -компоненты излучения. Поэтому при наличии четвертьволнового напряжения смещения на модуляторе 3 излучение в резонаторе 10-11 и связанном с ним канале экспонирования 12 отсутствует. В это время в резонаторе 18 (зеркала 19 и 20), при достижении коэффициентом усиленияактивной среды порога генерации, начинает развиваться генерация на компоненте излучения. ИК излучение основной длины волны 1 проходит через электрооптический элемент 23 и полуволновую пластинку 25. В результате ориентация вектора поляризации излучения изменяется на 90 и оно пропускается поворотным зеркалом 27 теплоизлучающего канала, выполненного в виде диэлектрического поляризатора, в канал облучения 34, проходит усилитель 35, отражается первым поворотным зеркалом 36, про 5 11093 1 2008.08.30 ходит телескоп 37 и вторым поворотным зеркалом 38 направляется на облучаемый объект 33. В результате воздействия появляется рассеянное излучение, которое контролируется с помощью средства регистрации инфракрасного излучения 33. Электрический сигнал поступает на вход линии задержки 22 и вход блока питания 24. Спустя время лз, задаваемое линией задержки 33, в момент времени 21, происходит сброс напряжения с модулятора 3. Тем самым генерация переключается в высокодобротный резонатор 9 для -компоненты излучения. В результате кратковременного (десятки наносекунд) включения высокодобротного резонатора 9 высвечивается моноимпульс излучения высокой пиковой мощности. Его энергия зависит от разности потерь резонаторов для - и -компонент излучения. Моноимпульс излучения с длиной волны 1 и поляризацией, соответствующей -компоненте излучения, проходит двухчастотный поляризатор 6 и удвоитель частоты лазерного излучения 8. На данном этапе включается канал экспонирования 12. Полученное излучение с частотой второй гармоники (2 экс) выходит через селективное зеркало 11 в опорный канал 15 голографической системы проецирования 13. Моноимпульс излучения с длиной волны 1 после отражения от селективного зеркала 11 повторно проходит удвоитель 8. Полученное излучение с 2 экс отражается двухчастотным поляризатором 6 в предметный канал 14 голографической системы проецирования 13. Предметный луч отражается поворотным зеркалом 17, расширяется телескопом 16 и освещает объект 33. В зоне записи на ФТП носителе 30 он интерферирует с опорным лучом 15, отраженным в зону записи на ФТП носителе поворотными зеркалами 17. В результате образуется голограмма Френеля облучаемого объекта 33. После момента времени 2 экс на модуляторе 3 вновь восстанавливается исходное постоянное напряжение смещения /4. При продолжающейся накачке в момент времени 32 в резонаторе 18 для -компоненты излучения при достижении порога генерации вновь появляется излучение свободной квазистационарной генерации. На этом этапе включается теплоизлучающий канал 26. По сигналу со средства регистрации инфракрасного излучения 32 включается блок питания 24. От блока питания 24 полуволновое напряжение /2 поступает на электрооптический элемент 23. После прохождения электрооптического элемента 23 плоскость поляризации излучения поворачивается на 90, затем после полуволновой пластинки 25 еще на 90. Это излучение отражается поворотным зеркалом 27 теплоизлучающего канала, выполненного в виде диэлектрического поляризатора, в теплоизлучающий канал 26. На данном этапе происходит проявление скрытого электростатического изображения,которое сформировалось в структуре ФТП носителя 30 в результате экспонирования заряженной с помощью средства 31 поверхности. При проявлении записи оптический канал облучения 34 объекта отключается. Проявление приводит к преобразованию скрытого электростатического изображения в структуре ФТП носителя 30 в регулярный микрорельеф поверхности и формирование рельефно-фазовой голограммы Френеля на верхнем слое ФТП носителя. Источники информации 1. Бахарев М.С., Миркин Л.И., Хазен Исследование динамики деформирования поверхности кремния при лазерном облучении методом импульсной голографической интерферометрии // Физика и химия обработки материалов.- 1987.- 6.- С.41-44. 2. Патент РБ 8568, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6