175784. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés pikoszekundumok időtartamának mérésére
3 175784 4 hetjük meg, mely kielégítő pontosságú mérést tesz lehetővé, ugyanakkor olcsó is. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha a kétfelé osztott fénynyalábbal egy egytengelyű nemlineáris kristályon második harmonikust keltünk és az eredeti bejövő fénynyaláb keresztmetszete köralakú volt, akkor a felharmonikus fény általában ellipszis alakú lesz, és ezen ellipszis kis-, ill. nagy tengelyeinek nagyságát megmérve a két adatból a fény impulzus időtartama kiszámítható. Ez a felismerés magasabb harmonikusokra és egyéb felharmónikuskeltő anyagokra, festékekre, gázokra is általánosítható. A találmány tárgya eljárás pikoszekundumos fényimpulzusok időtartamának mérésére. A találmány szerinti eljárás lényege, hogy a körkeresztmetszetű fénynyalábban haladó fényimpulzust két részre osztjuk és egyforma optikai utakon ejtjük egy felharmonikuskeltő anyag felületére úgy, hogy az anyag belsejében törés után a két fénynyaláb egymáshoz képest <p szöget zár be. Ezáltal az anyagból kilépő ellipszis alakú felharmonikussugárzást hozunk létre, majd az ellipszis-görbe tengelyeiből a fényimpulzus időtartamát meghatározzuk. A találmány értelmében célszerű, ha az időtartammérést magasabbrendű felharmonikus segítségével végezzük. Ily módon a pontosság, de a költségek is megnőnek, s a felhasználói igény dönti cl, melyik harmonikusig célszerű és gazdaságos elmenni. Célszerű az is, ha felharmonikus-keltő anyagként egytengelyű felharmonikus-keltő kristályt alkalmazunk. Célszerű továbbá, ha az egytengelyű felharmonikuskeltő kristályként LiJ03 kristályt alkalmazunk. Célszerű még az is, ha felharmonikus-keltő anyagként küvettában elhelyezett gázt vagy festéket alkalmazunk, melyek olcsóbbak, de jelenleg még rosszabb hatásfokúak, mint a kristály. Célszerű továbbá, ha az ellipszis alakú felharmonikussugárzást egy ernyő vagy egy fotoelektromos érzékelő segítségével megjelenítjük, amikoris az ellipszis paramétereinek megmérése jelentősen leegyszerűsödik, illetve elektromos adatfeldolgozás után számszerűen megjeleníthető. Célszerű még az is, ha fotoelektromos érzékelőként fotodiódamátrixot, fotodiódakeresztet vagy TV felvevő csövet alkalmazunk. A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amelyen két ismert megoldást és a találmány szerinti berendezés kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a streak kamerás fényimpulzus-mérés elvét; a 2. ábra a kétfotonos fluoreszcencia módszert ; a 3. ábra a találmány szerinti berendezés egy példaként kiviteli alakja; a 4. ábra a találmány szerinti eljárással és berendezéssel nyerhető felharmonikus-folt alakja. Amint az 1. ábrán látható, az ún. streak kamerás eljárásnál a lézerből fényimpulzusok alakjában kibocsátott 1 fénysugár egy 2 féligáteresztő tükörre esik, majd az 1 fénysugár egyik része közvetlenül, másik része egy 3 visszaverő tükörrel késleltetve esik a 4 streak kamerába elhelyezett 5 fotokatódra. Az innen kilépő fotoelektronokat a 6 elektródapár igen nagy feszültséggel és nagy sebességgel eltéríti eredeti irányától és az eltérített elektronok által kirajzolt jel a 7 ernyőn fénnyé alakul. A viszonylag gyors eltérítés miatt a 7 ernyőn felfogott fény még láthatatlanul gyenge, ezért további két-három fokozatból álló gyors ún. 8 képerősítő rendszert kapcsolnak a 7 ernyő után, majd az utolsó fokozat ernyőjén megjelenő képből már akár szemmel, vagy fényképezés útján 9 fényképezőgép segítségével kiértékelhető az eredmény. A 2. ábra egy másik ismert, ún. kétfotonos fluoreszcenciamódszer elvi elrendezését mutatja. A lézerből jövő fényimpulzusként kibocsátott 1 fénysugarat 2 féligáteresztő tükörrel két részre bontják, majd a két félfényimpulzus egy 11 festékoldatot tartalmazó 10 küvettában egymással szemben találkozik. A két pikoszekundumos fényimpulzus átlapolásának helyén az egyéb sugárzásnál erősebb vonalszerű 12 fénycsík jelenik meg, amely vizuálisan vagy egy 9 fényképezőgéppel készült felvétel kidolgozása után kiértékelhető. A 12 fénycsík hosszából a festékoldatbeli fénysebesség ismeretében az impulzus időtartama kiszámítható. A 10 küvettában olyan 11 fcstékoldat van, mely ún. kétfotonos fluoreszcenciával szolgáltat fényt, melyek intenzitása az őt gerjesztő fény intenzitásának négyzetével változik. Ennek megfelelően azon a helyen tehát, ahol a két impulzus egymást átfedte — vagyis a 12 fénycsík fényintenzitása — a kisugárzott fény maximum háromszorosa lehet az eredeti nem találkozási helyek fényintenzitásának. Ez egyébként számításokkal kimutatható. A 10 küvettát tehát megfelelő polarizációs irányból fényképezve egy olyan, a többinél világosabb 12 fénycsíkot kapunk, melynek hosszúságából a fényimpulzus hossza kiszámítható. A 3. ábra a találmány szerinti berendezés egy példaként kiviteli alakját szemlélteti. A találmány szerinti berendezésnek 23 fényforrása, 13 nyalábkiterjesztője 14 polarizátora, 2 féligáteresztő tükre, 17 felharmonikuskeltő anyaga és 19 ernyője, vagy 20 fotoelektromos érzékelője van, amelyhez 21 adatfeldolgozó berendezés közbeiktatásával 22 megjelenítő egység csatlakozik. A 13 nyalábkiterjesztőre csak akkor van szükség, ha a 23 fényforrás 1 fénysugara a szükségesnél kisebb átmérőjű. Ha a 23 fényforrás polarizált fényt szolgáltat, a 14 polarizátor ugyancsak elhagyható. A 2 féligáteresztő tükör az 1 fénysugarat két részre osztja és a két részre osztott 1 fénysugár két 15 és 16 osztott fénynyalábjának mindegyike egy-egy 3 visszaverő tükör segítségével a 17 felharmonikuskeltő anyag felületére jut azonos úthosszák megtétele után. A 2 féligáteresztő tükör és a két 3 visszaverő tükör természetesen más optikai elemmel is helyettesíthető, így pl. két prizmával. A 13 nyalábkiterjesztő hullámfrontot megőrző kell legyen. A két 15, 16 osztott fénynyaláb olyan szögben esik a 17 felharmonikuskeltő anyagra, ami pl. egy egytengelyű felharmonikuskeltő kristály, hogy törés után a kristályon belül cp szögben találkozzanak. Amennyiben biztosítottuk, hogy a 15 és 16 osztott fénynyaláb a 17 felharmonikuskeltő anyagban — kristályban — levő találkozási pontig teljesen egyforma optikai utat tesz meg, akkor az ellipszis alakú felharmonikus fénynyaláb a <p szög szögfelezőjében a 18 irányban lép ki. A 18 irányú felharmonikus nyalábot a 19 ernyőn felfoghatjuk és vizuálisan kiértékelhetjük. A kiértékelés történhet 20 fotoelektromos fényérzékelővel, amely pl. fotodiódamátrix vagy fotodiódakereszt is lehet. A 20 fotoelektromos érzékelő megméri a keletkezett ellipszis kis és nagy tengelyeit és egy utánakapcsolt 21 adatfeldolgozó berendezés elvégzi a kijelölt műveleteket, majd az impulzus hossza digitálisán megjelenik a 22 megjelenítő egységen. A szög érté-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
