Кіріспе

Призмалық жалғаушы – жарық сәулесінің (мысалы, лазер сәулесінің) қуатының маңызды бөлігін, пленка шетін жоғары дәлдікпен жылтырату қажеттілігінсіз, сәуленің және пленка шетінің субмикрометрлік дәлдікпен туралану қажеттілігінсіз, сондай-ақ сәуленің сандық апертурасын пленкаға сәйкестендіру қажеттілігінсіз, толқын жетекшісі ретінде қолданылатын жұқа пленкаға өткізуге арналған призма. Призмалық жалғаушыны қолдану арқылы жұқа пленкаға өткен сәуленің диаметрі пленка қалыңдығынан жүздеген есе артық болуы мүмкін. Бұл жалғаушының ойлап табылуы интегралды оптика деп аталатын жаңа ғылым саласының қалыптасуына ықпал етті.

Тарих

Призмалық жалғаудың негізінде жатқан теория алғаш рет Кеңес Одағында жарияланды. Бұл жұмыс АҚШ-та белгілі болған жоқ. 1969 жылдан бастап Вашингтон университетіндегі Шуберт, Харрис және Полки, сондай-ақ, тәуелсіз түрде Белл зертханасындағы Тьен, Ульрих және Мартин призмалық жұптаудың және оның негізгі теориясының алғашқы тәжірибелерін сипаттады. Бұл жұқа пленкаларды құрылғыларда қолдану ниетімен жасалды.

Конфигурациясы

Призмалық жалғаушы лазер сәулесінің қуатын жұқа пленкаға жалғау үшін қолданылады. Пленка шыны микроскоп слайды сияқты негізге орналасады және оның қалыңдығы түсетін жарықтың толқын ұзындығына тең болуы мүмкін (жасыл жарық үшін 0,550 мкм). Пленканың сыну көрсеткіші шыны слайдтың сыну көрсеткішінен жоғары болса, пленка пленка-шыны интерфейсінен (және пленка-ауа интерфейсінен) толық ішкі шағылысу арқылы жарық үшін диэлектрлік жазық толқын жетекшісі ретінде қызмет ете алады. Призмалық жалғаушы жоғары сыну көрсеткіші бар шыныдан жасалған текшеден және толқын жетекшісінің пленкасына жанасқан төменгі жағындағы екінші жұқа қабаттан тұрады, ол жалғау қашықтығында бағытталған толқынды ішінара ұстау функциясын атқарады. Призманың төменгі жағындағы жұқа қабатқа туннельдеу қабаты деп аталады. Туннельдеу қабатының сыну көрсеткіші толқын жетекшісінің пленкасынан төмен болуы керек және ол ауа қабаты ретінде іске асырылуы мүмкін. Туннельдеу қабатының қалыңдығы толқын ұзындығының бір бөлігіне тең болады (көрінетін жарық үшін оннан жүздеген нанометрге дейін). Призма және туннельдеу қабаты толқын жетекшісінің пленкасына басылады. Сәуле призманың алдыңғы бетінен кіріп, призманың кіретін бетіне қарама-қарсы бетінен жартыдан астам сәуле ені қашықтықтағы туннельдеу қабатына соқтығады. Біріктірілген жалғаушы және толқын жетекші құрылымының төрт аймағының сыну көрсеткіштерінің реттілігі мынадай болуы тиіс: шыны слайдтың және туннельдеу қабатының сыну көрсеткіші ең төмен, одан кейін жетекші пленканың сыну көрсеткіші, ал призманың сыну көрсеткіші ең жоғары.

Ескертпелер

Гус Ханчен ауысуы – екі жартылай шексіз облыстың әртүрлі сыну көрсеткіштері арасындағы шекарадан толық шағылысқа ұшырағанда оптикалық сәуленің орталық нүктесінің ығысуын сипаттайды. Бұл ығысу әдетте жарық толқынының ұзындығына тең шамада болады. Егер жартылай шексіз призмадан, туннельдік қабаттан, толқын жетекшісінің қабықша қабатынан және жартылай шексіз шыны сырғыдан тұратын құрылымнан сәуленің шағылысуын зерттесек, басқарылатын толқынның оятылуы салдарынан ығысудың әлдеқайда үлкен болатыны анықталады. Түсетін сәуленің орталық нүктесінен сәл артық жердегі жоғарғы (призма) облысты тоқтату, сәуленің жарығын фильмдегі толқын жетекшісі режимінде тұтқындап қояды. Басқарылатын толқынды түсетін сәулемен оятуды байланыстырылған режимдердегі мәселе ретінде қарастыруға болады, мұнда режимдер – толқын жетекшісі режимі және түсетін сәуленің бейнесі. Бір байланыстырылған режимдер құрылымының бір тармағына енгізілген қуат құрылым бойымен екінші тармаққа ауысуы мүмкін.

Өлшеу қолданбалары

Призмалық қосқыштар – диэлектрлік және полимерлік қабаттардың сыну көрсеткіші/екі сынуын және қалыңдығын өлшеуге арналған құралдар. Материалдың сыну көрсеткіштері берілетін электромагниттік сәулеленудің толқын ұзындығына тәуелді болғандықтан, белгілі сыну көрсеткіші бар призмамен бірге монохроматты лазер қолданылады. Лазер сәулесі призманың бір жағынан бағытталады, сындырылады және әдетте қарсы жағындағы фотодетекторға кері шағылысады. Дегенмен, түсу бұрышы тетаның белгілі бір мәндерінде сәуле кері шағылыспайды, керісінше негіз арқылы үлгілік қабатқа өтеді. Бұл бұрыштар "режимдік бұрыштар" деп аталады. Компьютермен басқарылатын айналмалы үстел лазердің түсу бұрышын өзгертеді. Табылған бірінші режимдік бұрыш сыну көрсеткішін анықтайды, ал бір режимнен екінші режимге бұрыш айырмашылығы үлгінің қалыңдығын анықтайды. Призмалық қосқыштар толқын жетекшісінің қимасын ашпастан, толқын жетекшісіне жарықты кіргізуге және одан шығаруға мүмкіндік береді (жанама қосқыш). Бос кеңістіктен жұптасудың жалпы шарты:

мұндағы – ауаның сыну көрсеткіші (~1), ал – толқын жетекшінің таралу тұрақтысы. Басқарылатын режим болуы үшін , бұл мүмкін емес, сондықтан фазалық сәйкестік шартын орындау үшін призма қажет. Толқын жетекшідегі m-інші режимнің таралу тұрақтысы мен толқын жетекші бетіне қалыпты бұрышпен түсетін жарық арасында фазалық сәйкестік болуы керек. мұндағы – призманың сыну көрсеткіші.