УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ ЗАДЕРЖКИ ДЛЯ СДВИГОВОГО ПОЛЯРОИНТЕРФЕРОМЕТРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Данная полезная модель относится к устройству оптической задержки для сдвигового поляроинтерферометра.
Уровень техники
Известны интерферометры, позволяющие определять параметры плазмы по изменению интерферометрической картине, возникающей от наложения двух лучей за счет наличия разности фаз волн этих лучей. К примеру, такие интерферометры описаны в авторском свидетельстве СССР №1673925 (опубл. 30.08.1991) и в международной заявке WO 94/15159 (опубл. 07.07.1994). Однако эти интерферометры имеют ограниченные возможности в силу использования только двух лучей.
Гораздо более широкие возможности дает поляроинтерферометр, выбранный в качестве наиболее близкого аналога (Болховитинов Е.А. и др. Трехканальный поляроинтерферометр для диагностики магнитных полей в высокотемпературной плазме // ПТЭ, 2007, №3, с. 101-105). Он представляет собой трехканальный поляроинтерферометр, в котором обеспечиваются три методики измерения: скорости расширения и формы непрозрачного плазменного облака (теневое фотографирование), пространственного распределения концентрации электронов (интерферометрия) и магнитных полей в прозрачной, подкритической области плазмы (полярометрия), и при этом используется один лазерный импульс. Схема такого поляроинтерферометра приведена на Фиг. 1.
В верхней части Фиг. 1 показаны ориентации оптических осей кристаллов, в нижней - векторные диаграммы поляризации пучков в соответствующих точках оптической схемы. Ссылочными позициями обозначено: 1 - формирующая диафрагма; 2 - отрицательная линза; 3, 11 - окна вакуумной камеры; 4, 8 - положительные линзы; 5, 10 - призмы Глана; 6 - положение объекта и изображение формирующей диафрагмы в его плоскости; 1, 9 - двулучепреломляющие клинья; 12 - устройство из двух зеркал, обеспечивающее синхронизацию интерферирующих пучков; 13 - светофильтры; 14 - матрица ПЗС-камеры; β - угол начальной раскрестки оптических осей клина 7 и призмы 5 Глана. Пучок  формирует теневое изображение, пучок  - поляризационное изображение, а пучки  и  - интерференционное изображение.
На выходе этого поляроинтерферометра (на матрице 14 ПЗС-камеры) за счет двулучепреломляющих клиньев 7, 9 и поляризаторов 5, 10 создаются три пучка, разнесенных по пространству:  (теневой канал),  (поляризационный канал),  (пучок, образующий интерференционный канал при перекрытии на матрице 14 ПЗС-камеры с частью пучка ). Одновременное получение трех изображений плазмы, а именно теневого, интерференционного и поляризационного, формируемых зондирующим лазерным пучком, позволяет восстановить профиль электронной концентрации плазмы и структуру спонтанных магнитных полей.
Разработанная схема для исследования высокотемпературной плазмы обладала естественным ограничением на длительность зондирующего импульса около 1 пс. Это связано с тем, что интерферирующие пучки, проходящие через двулучепреломляющие элементы схемы, приходят в плоскость формирования интерференционной картины с временной задержкой одного из пучков по отношению к другому: обладая взаимно-ортогональными поляризациями внутри двулучепреломляющих анализирующих кристаллов, пучки имеют разные фазовые скорости и несколько различные оптические пути. Это приводит к тому, что при длительностях зондирующего импульса меньше 1 пс импульсы перестают перекрываться по времени в плоскости регистрации и поэтому не интерферируют.
В случае, когда не требовалось получения высокого временного разрешения, в качестве зондирующего использовался импульс на основной длине волны излучения неодимового лазера (1064 нм) с длительностью 6 нс. Для перехода в диапазон пикосекундного разрешения при зондировании плазмы использовался импульс длительностью 2 пс на длине волны 400 нм, который еще позволял получить достаточный контраст интерференционных полос.
Но для быстропротекающих процессов в лазерной плазме часто требуется обеспечить максимально высокое временное разрешение поляроинтерферометра, то есть зондировать плазму фемтосекундным импульсом.
Раскрытие полезной модели
Таким образом, задачей данной полезной модели является разработка такого устройства, которое позволяло бы компенсировать задержку одного интерферирующего пучка по отношению к другому и тем самым получить технический результат, состоящий в повышении точности измерений при укорочении длительности зондирующего импульса.
Для решения указанной задачи и достижения отмеченного технического результата в настоящей полезной модели предложено устройство оптической задержки для сдвигового поляроинтерферометра, содержащее: неподвижное зеркало; подвижное зеркало, установленное в непосредственной близости от неподвижного зеркала, причем плоскость установки подвижного зеркала практически параллельна плоскости установки неподвижного зеркала; микрометрическое средство перемещения для перемещения подвижного зеркала перпендикулярно к его плоскости установки.
Особенность устройство по настоящей полезной модели состоит в том, что неподвижное зеркало может быть установлено с возможностью регулировки его плоскости установки.
Еще одна особенность устройства по настоящей полезной модели состоит в том, что неподвижное и подвижное зеркала могут быть выполнены квадратными и могут соприкасаться одно с другим при их расположении в одной плоскости.
Краткое описание чертежей
Полезная модель иллюстрируется приложенными чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
На Фиг. 1 показана схема сдвигового поляроинтерферометра из ближайшего аналога.
На Фиг. 2 представлена схема работы сдвигового поляроинтерферометра по настоящей полезной модели.
На Фиг. 3 и 4 показан с разных сторон вариант осуществления сдвигового поляроинтерферометра по настоящей полезной модели.
Подробное описание вариантов осуществления
Устройство оптической задержки для сдвигового поляроинтерферометра по данной полезной модели (Фиг. 2) содержит неподвижное зеркало 21 и подвижное зеркало 22, которое установлено в непосредственной близости от неподвижного зеркала 21. Как видно на Фиг. 2, оба зеркала 21 и 22 выполнены квадратными, однако это необязательно. Предпочтительно, чтобы оба зеркала 21 и 22 имели соседние прямые края, поэтому их форма может быть, к примеру, трапецеидальной, треугольной, шестиугольной, в виде полуокружности. Важно, чтобы плоскость установки подвижного зеркала 22 была практически параллельна плоскости установки неподвижного зеркала 21. Как видно из Фиг. 2 оба зеркала 21 и 22 закреплены на соответствующих держателях 23 и 24, причем держатель 24 подвижного зеркала 22 имеет возможность такого перемещения в основании 25, указанного двусторонней стрелкой 26, что плоскости обоих зеркал 21 и 22 всегда остаются параллельны.
Устройство оптической задержки для сдвигового поляроинтерферометра по настоящей полезной модели содержит также в основании 25 микрометрическое средство перемещения для перемещения подвижного зеркала 22 (на Фиг. 2 не показано). Регулятор 27 этого микрометрического средства перемещения виден на Фиг. 3 и 4, где устройство оптической задержки по настоящей полезной модели показано в изометрии с разных сторон. Деления на регуляторе 27 отградуированы в мкм что позволяет смещать держатель 24 подвижного зеркала 22 с точностью 10 мкм относительно держателя 23 неподвижного зеркала 21.
На Фиг. 2 стрелками с ссылочными позициями 28, 29 и 30 обозначены транслируемые в оптическом тракте, соответственно, поляризационное  и теневые  изображения плазмы в разделенном зондирующем лазерном пучке после прохождения двулучепреломляющих клиньев.
На Фиг. 3 и 4 видны регулировочные винты 31 и 32, с помощью которых возможна регулировка плоскости установки неподвижного зеркала 21 относительно плоскости установки подвижного зеркала 22.
Устройство оптической задержки по настоящей полезной модели предназначено для работы в сдвиговом поляроинтерферометре.
Трехканальный поляроинтерферометр служит для регистрации и измерения спонтанных магнитных полей, возникающих, например, в лазерной плазме при взаимодействии лазерного излучения с материалом мишени, и является инструментом активной диагностики плазмы. Его принцип работы основан на эффекте Фарадея, состоящего в том, что зондирующее плоскополяризованное лазерное излучение, проходя через плазму, испытывает поворот плоскости поляризации на определенный угол в тех областях плазмы, где возникает магнитное поле. Величина угла поворота вектора поляризации зависит от величины магнитного поля и профиля электронной концентрации в плазме, через которую прошел зондирующий лазерный луч. Таким образом, измерив угол поворота плоскости поляризации лазерного излучения и определив профиль электронной концентрации, можно судить о величине возникающих магнитных полей.
Входная прямоугольная диафрагма 1 задает рабочее поле, в котором регистрируется плазма, входная призма 5 Глана задает начальную поляризацию зондирующего лазерного излучения, а на выходе двух двулучепреломляющих клиньев 7, 9 из исландского шпата получаются четыре изображения рабочего поля зондирующего лазерного излучения с плазмой. Два из этих изображений являются поляризационными, т.к. изображение на них сильно зависит от изменения поляризации лазерного излучения, прошедшего через плазму, а два других являются теневыми, т.к. они не чувствительны к повороту плоскости поляризации. Наконец, выходная призма 10 Глана служит для выравнивания интенсивностей в трех каналах (одном поляризационном и двух теневых), интенсивность четвертого же канала при этом автоматически зануляется. На векторных диаграммах на Фиг. 1 этот процесс подробно показан. Важным элементом также является выходная линза 8, которая строит изображение рабочего поля с плазмой на детекторе (14). Фокусное расстояние линзы 8 и углы двулучепреломляющих клиньев 7, 9 подбираются таким образом, чтобы изображения плазмы полностью попадали в апертуру детектора, и при этом обеспечивалось нужное перекрытие одного теневого канала с плазмой и поляризационного канала в его свободной от плазмы области, т.к. в этой области возникает интерференционная картина, необходимая для измерения профиля электронной концентрации в плазме.
Данный поляроинтерферометр по сути является интерферометром сдвигового типа. Лазерные пучки в нем идут в одном направлении, но по несколько разным оптическим путям. В случае работы с фемтосекундными лазерными установками необходима компенсация задержки в распространении разных пучков, для чего в устройстве оптической задержки по настоящей полезной модели используется микрометрическое средство перемещения.
В этом устройстве неподвижное зеркало 21 и подвижное зеркало 22 совмещают таким образом, что на одно из них попадает два изображения рабочего поля зондирующего лазера (поляризационное и опорное теневое, ссылочные позиции 29 и 30 на Фиг. 2), а на другое - второе теневое изображение с плазмой (ссылочная позиция 28 на Фиг. 2), которое в дальнейшем при попадании на детектор должно перекрываться со свободной от плазмы частью поляризационного изображения и дать устойчивую интерференционную картину. Используя данное устройство, удалось добиться временного разрешения (т.е. времени зондирующего импульса, при котором регистрируется интерференционная картина) в 50 фс. Кроме того, одно из зеркал оснащено системой юстировки по углу наклона, таким образом зеркала можно делать немного не параллельными между собой и благодаря этому регулировать размер области перекрытия интерферирующих пучков (теневого и поляризационного).
Устройство оптической задержки по настоящей полезной модели позволяет работать как с вертикально, так и с горизонтально расположенными лазерными мишенями. В зависимости от расположения мишени нужно лишь закрепить данное устройство соответствующим образом - для горизонтальной мишени зеркала 21 и 22 располагаются одно над другим, а для вертикальной мишени - одно рядом с другим в горизонтальной плоскости.