izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-11-24-29izmertech-2001Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSМиниатюрные электронно-оптические камеры для измерения временны́х характеристик оптических импульсов в нано- и пикосекундном диапазонахMiniature image converter streak cameras for measurement of temporal characteristics of optical pulses in nano- and picosecond rangeshttps://orcid.org/0000-0002-0975-3944КанзюбаМ. В.KanzyubaM. V.

Михаил Викторович Канзюба

Москва

Mikhail V. Kanzyuba

Moscow

mkanzyuba@vniiofi.ruФельдманГ. Г.FeldmanG. G.

Григорий Геннадьевич Фельдман

Москва

Grigory G. Feldman

Moscow

feld@vniiofi.ruЛебедевВ. Б.LebedevV. B.

Виталий Борисович Лебедев

Москва

Vitaly B. Lebedev

Moscow

vlebedev@vniiofi.ruИвановВ. С.IvanovV. S.

Вячеслав Семенович Иванов

Москва

Vyacheslav S. Ivanov

Moscow

vsivanov@vniiofi.ruВсероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измеренийРоссияAll-Russia Research Institute of Optical and Physical MeasurementsRussian Federation2021270920230112429Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2001

Рассмотрена задача исследования временно́ й структуры оптических импульсов в нано- и пикосекундном диапазонах и измерения временны́х характеристик импульсов. Для решения этой задачи созданы средства измерений временны́х характеристик оптических импульсов – миниатюрные электронно-оптические камеры, обладающие пикосекундным временны́м разрешением. Описаны функциональные возможности и примеры применения указанных камер. Рассмотрены принцип их работы, конструкция, характеристики и функции. Описан технологический процесс изготовления времяанализирующих электронно-оптических преобразователей для данных камер, проводимый на уникальном высоковакуумном технологическом комплексе. Рассмотрены функциональные возможности программного обеспечения для управления процессом съёмки, а также для обработки и анализа изображений, полученных с помощью электронно-оптических камер. Приведены метрологические и основные технические характеристики миниатюрных электронно-оптических камер. С применением миниатюрной пикосекундной электронно-оптической камеры исследована временна́ я структура излучения полупроводникового импульсного лазера, определена форма импульсов и измерена их длительность с оценкой погрешности измерений. Показано, что миниатюрные пикосекундные электронно-оптические камеры являются эффективным инструментом контроля параметров излучения нано- и пикосекундных импульсных лазеров в процессе их разработки, наладки, испытаний и применения. Информация о реальной временно́ й форме лазерных импульсов, полученная с помощью электронно-оптических камер, актуальна для разработчиков импульсных лазеров, а также для специалистов в областях лазерных дальнометрии и спектроскопии.

The problem of investigating the temporal structure of optical pulses in nano- and picosecond ranges and measuring their temporal characteristics is considered. In order to solve the problem, measuring instruments of temporal characteristics of optical pulses have been created – the miniature image converter streak cameras having picosecond temporal resolution. The functional capabilities and application examples of the cameras are described. Operating principle, design, features and functions of the created cameras are considered. The technological process of manufacturing of the image converter streak tubes for the image converter streak cameras implemented on the unique high-vacuum technological complex is described. Features of the software used to control the image acquisition process as well as for processing and analysis of the images captured by the image converter streak cameras, are considered. Metrological and main technical specifications of the miniature image converter streak cameras are given. Using the miniature image converter streak camera, the temporal structure of emission of a semiconductor pulsed laser was investigated, the pulse shape was determined and the pulse duration was measured with error estimation. It is demonstrated that the miniature picosecond image converter streak cameras are effective instruments for emission parameters control of nano- and picosecond pulsed lasers during their development, setup, tests and operation. The information about real temporal shape of laser pulses obtained by means of image converter streak cameras is relevant for designers of pulsed lasers as well as for specialists in laser ranging and spectroscopy.

электронно-оптическая камераэлектронно-оптический преобразовательимпульсный лазердлительность импульсасредство измеренийметрология лазерного излученияimage converter streak cameraimage converter streak tubepulsed laserpulse durationmeasuring instrumentlaser radiation metrology: работа выполнена с использованием оборудования ЦКП высокоточных измерительных технологий в области фотоники (ckp.vniiofi .ru), созданного на базе ФГУП «ВНИИОФИ» при поддержке Минобрнауки России в рамках выполнения соглашения № 05.595.21.0005 (уникальный идентификатор RFMEFI59519X0005)ReferencesАндреев А. Н., Дубовик А. С., Дегтярева В. П., Монастырский М. А., Щелев М. Я. Высокоскоростная фотография и фотоника в исследовании быстропротекающих процессов: учебное пособие для студентов вузов / Под ред. А. М. Прохорова. М.: Логос, 2002. 464 с.Andreev A. N., Dubovik A. S., Degtyareva V. P., Monastyrskiy M. A., Schelev M. Ya. Vysokoskorostnaya fotografi ya i fotonika v issledovanii bystroprotekayushchikh protsessov: uchebnoe posobie dlya studentov vuzov [High-speed photography and photonics in fast processes research: Textbook for university students], ed. A. M. Prokhorov, Moscow, Logos Publ., 2002, 464 p. (In Russ.)Щелев М. Я. Пикосекундная электронно-оптическая диагностика в лазерных исследованиях // Труды ФИАН. 1985. Т. 155. С. 3–145.Schelev M. Ya., Picosecond electron-optical diagnostics in laser research, Trudy FIAN, 1985, vol. 155, pp. 3–145. (In Russ.)Бокшанский В. Б., Бондаренко Д. А., Вязовых М. В. Лазерные приборы и методы измерения дальности: учеб. пособие / Под ред. В. Е. Карасика. Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. 96 с.Bokshanskii V. B., Bondarenko D. A., Vyazovykh M. V., Lazernye pribory i metody izmereniya dal’nosti: ucheb. posobie [Laser devices and methods of measuring distance: Textbook], ed. V. E. Karasik, Moscow, Bauman MSTU Publ., 2012, 96 p. (In Russ.)Завойский Е. К., Фанченко С. Д. Физические основы электронно-оптической хронографии // Доклады АН СССР. 1956. Т. 108. № 2. С. 218–221.Zavoisky E. K., Fanchenko S. D., Physical principles of electron-optical chronography, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1956, vol. 108, no. 2, pp. 218–221. (In Russ.)Degtyareva V. P., Belolipetski V. S., Bryukhnevich G. I., Ivanova S. R., Levina G. P., Makushina V. A., Polikarkina N. D., Semichastnova Z. M., Schelev M. Ya., Proceedings of SPIE, 2003, vol. 4948, pp. 281–290. https://doi.org/10.1117/12.516876Degtyareva V. P., Belolipetski V. S., Bryukhnevich G. I., Ivanova S. R., Levina G. P., Makushina V. A., Polikarkina N. D., Semichastnova Z. M., Schelev M. Ya., Proceedings of SPIE, 2003, vol. 4948, pp. 281–290. https://doi.org/10.1117/12.516876Ageeva N. V., Andreev S. V., Degtyareva V. P., Greenfi eld D. E., Ivanova S. R., Kaverin A. M., Kulechenkova T. P., Levina G. P., Makushina V. A., Monastyrskiy M. A., Polikarkina N. D., Schelev M. Ya., Semichastnova Z. M., Skaballanovich T. A., Sokolov V. E., Proceedings of SPIE, 2009, vol. 7126, 71261B. https://doi.org/10.1117/12.821666Ageeva N. V., Andreev S. V., Degtyareva V. P., Greenfi eld D. E., Ivanova S. R., Kaverin A. M., Kulechenkova T. P., Levina G. P., Makushina V. A., Monastyrskiy M. A., Polikarkina N. D., Schelev M. Ya., Semichastnova Z. M., Skaballanovich T. A., Sokolov V. E., Proceedings of SPIE, 2009, vol. 7126, 71261B. https://doi.org/10.1117/12.821666Kinoshita K., Ishihara Y., Ai T., Hino S., Inagaki Y., Mori K., Goto M., Niikura F., Takahashi A., Uchiyama K., Abe S., Proceedings of the 31st International Congress on High-Speed Imaging and Photonics, Osaka, Japan, November 7–10, 2016, Osaka, Osaka University, 2016, pp. 305–310.Kinoshita K., Ishihara Y., Ai T., Hino S., Inagaki Y., Mori K., Goto M., Niikura F., Takahashi A., Uchiyama K., Abe S., Proceedings of the 31st International Congress on High-Speed Imaging and Photonics, Osaka, Japan, November 7–10, 2016, Osaka, Osaka University, 2016, pp. 305–310.Lebedev V. B., Demchenko A. A., Krutikov V. N., Feldman G. G., Proceedings of the 31st International Congress on HighSpeed Imaging and Photonics, Osaka, Japan, November 7–10, 2016, Osaka, Osaka University, 2016, pp. 271–276.Lebedev V. B., Demchenko A. A., Krutikov V. N., Feldman G. G., Proceedings of the 31st International Congress on HighSpeed Imaging and Photonics, Osaka, Japan, November 7–10, 2016, Osaka, Osaka University, 2016, pp. 271–276.Канзюба М. В. Метрологическое обеспечение измерений временных характеристик импульсного лазерного излучения в пикосекундном диапазоне // Фотоника. 2019. № 7. С. 670–675. https://doi.org/10.22184/1992-7296.FRos.2019.13.7.670.675Kanzyuba M. V., Photonics Russia, 2019, vol. 13, no. 7, pp. 670–675. (In Russ.) https://doi.org/10.22184/1992-7296.FRos.2019.13.7.670.675Kanzyuba M. V., Lebedev V. B., Feldman G. G., Proceedings of International Conference Laser Optics 2020 (ICLO 2020), St. Petersburg, Russia, November 2–6, 2020, New York, IEEE, 2020, p. 185. https://doi.org/10.1109/ICLO48556.2020.9285478Kanzyuba M. V., Lebedev V. B., Feldman G. G., Proceedings of International Conference Laser Optics 2020 (ICLO 2020), St. Petersburg, Russia, November 2–6, 2020, New York, IEEE, 2020, p. 185. https://doi.org/10.1109/ICLO48556.2020.9285478Kanzyuba M. V., Lebedev V. B., Feldman G. G. Pulsed Lasers and Laser Applications (AMPL-2021): Abstracts of XV International Conference, Tomsk, Russia, September 12–17, 2021, Tomsk, STT, 2021, p. 87.Kanzyuba M. V., Lebedev V. B., Feldman G. G., Pulsed Lasers and Laser Applications (AMPL-2021): Abstracts of XV International Conference, Tomsk, Russia, September 12–17, 2021, Tomsk, STT, 2021, p. 87.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.