Трехкантный брус профилированный: ЗАО «Гермес» — Примеры сечения Трехкантный брус

ЗАО «Гермес» — Примеры сечения Трехкантный брус

Для тех, кто затрудняется с выбором, из чего же  построить свой загородный деревянный дом: из оцилиндрованного бревна или профилированного бруса, мы предлагаем «золотую середину» — трехкантный профилированный брус. Баня, коттедж, деревянный дом из трехкантного профилированного бруса снаружи будут выглядеть построенными из бревна, а внутри — из бруса. Дачные дома из бруса профилированного всегда пользовались особым спросом, благодаря уникальному сочетанию привлекательной цены и качества данного строительного материала.
Изготовление профилированного бруса — одно из основных направлений деятельности нашей компании. Осуществляя комплексный подход к организации деревянного домостроения, мы предлагаем: трехкантный профилированный брус с двойным шип/пазом, с простым шип/пазом и профилированный брус с лунным пазом с различной шириной меженцевого паза — от B=0.5*D A=0.7*D до B=0.7*D A=0.87*D. А также комплекты домов, коттеджи, бани, беседки из профилированного бруса.
Брус стеновой профилированный естественной влажности изготавливается из благородных пород северной древесины: сосна, ель, кедр и лиственница. Предлагаемые нами пиломатериалы соответствуют всем экологическим стандартам, и, как производители профилированного бруса, мы готовы предложить широчайший ассортимент бруса для строительства уютного и теплого деревянного дома.

Трехкантный брус. Примеры сечения

Трехкантный брус B=(0.5-0,7)*D, A=(0,7-0.87)*D .

Трехкантный брус B=(0.5-0,7)*D, A=(0,7-0.87)*D .

Трехкантный брус B=(0.5-0,7)*D, A=(0,7-0.87)*D .

трехкантный брус — ванчес.

Брус —
1. Бревно, пропиленное с двух или четырех сторон для последующей распиловки на обрезные пиломатериалы.
2. Пиломатериал толщиной 100 мм и более.
Брусья бывают: двухкантные (лафет), трехкантные (ванчесы), четырехкантные. (шлипер, ванчес, шпала, полуванчес).

Брусок — пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной не более двойной толщины.

Лафет —
1. Двухкатный брус — брус с двумя противоположными обработанными пластями.
2. Бревно, обработанное на пилораме с двух противоположных сторон, очищенное от коры и строганное рубанком по всей длине.

Доска — пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины.
Доски, которые получаются при распиловке даже одного бревна (ствола дерева) неодинаковы по структуре и отличаются по качеству.

Пласть — продольная широкая сторона, а также любая сторона пиломатериалов квадратного сечения. Пласть, обращенная к сердцевине, называется внутренней, а обращенная к заболони,- наружной.
Кромка — продольная узкая сторона пиломатериалов.
Ребро — линия пересечения двух смежных сторон пиломатериалов.
Торец — концевая поперечная сторона пиломатериалов.

Для производства трехкантного бруса используется сосна, лиственница, ель, кедр естественной влажности, возможен заказ сухого бруса

Посмотреть также:

Оцилиндрованное бревно
Профилированный брус
Трехкантный брус
Лафет

Для строительства деревянных домов, бань, коттеджей, срубов мы производим:

Оцилиндрованное бревно D 180-320 mm
Профилированное бревно D 180-320 mm
Профилированный брус 150х150. ..300х300 mm

Виды бруса и их применение в строительстве деревянных домов

При строительстве домов одним из самых востребованных пиломатериалов является брус. Существует несколько разновидностей бруса: натуральный (цельный) и клееный, профилированный и непрофилированный, естественной сушки и термообработанный. У каждой разновидности есть свои достоинства и недостатки, о которых и пойдет речь в нашей статье.

Что такое брус

Для людей, которые далеки от строительства, разница между пиломатериалами не всегда очевидна. Но брус знают даже те, кто едва ли отличит планкен от декинга. Брус – это пиломатериал, у которого толщина и ширина более 10 см (100 мм). Сечение может быть не только квадратным (200 х 200 или 150 х 150), но и прямоугольным, например, материал 150 х 200 пользуется спросом при строительстве бань и внутренних стен домов.

Разновидности

Классификацию пиломатериалов можно проводить по нескольким основаниям. Например, по способу подготовки сырья различают брус камерной и естественной сушки. По структуре он бывает цельным (из массива) или клееным, а по типу сечения – непрофилированным или профилированным.

Цельный непрофилированный

Этот тип пиломатериалов, как и остальные, изготавливают преимущественно из хвойных пород. Лучшими считаются ель, сосна, сибирская лиственница и кедр. Оптимальным материалом по соотношению стоимости и долговечности является лиственничный брус: служить он мобрусжет веками, а его цена ниже, чем у кедра. Ель и сосна не так долговечны.

Длина цельного непрофилированного бруса зависит от размеров ствола. Обтесанный со всех сторон ствол может иметь длину до 6, 8 или даже 12 метров. Эта разновидность может быть двухкантной (обрабатывают две стороны), трехкантной (обработке подвергаются три стороны) или четырехкантной (оструганной со всех сторон). Чем меньше сил приходится затрачивать на обработку, тем дешевле себестоимость пиломатериала, а также его конечная цена. Однако и строители, и владельцы часто предпочитают брус квадратного сечения, обработанный со всех четырех сторон. Дело в том, что его не придется лишний раз ворочать, чтобы стена получилась ровной.

Цельный профилированный

Как известно, дерево в постройках иногда начинает вести от повышенной влажности, и стены начинают деформироваться. При строительстве приходится постоянно контролировать процесс возведения стен, чтобы материал ложился ровно. А в процессе усадки дерево высыхает, так что между венцами могут появиться щели. Все три перечисленные проблемы вас не коснутся, если использовать профилированный брус.

У профилированного бруса поверхность с двух сторон обработана таким образом, что создает систему крепления «шип-паз». Она обеспечивает идеальное прилегание элементов друг к другу, полностью устраняет сквозняки и позволяет сделать деревянные стены практически монолитными. В настоящее время используется пять основных типов профиля:

• с одним шипом;
• с двумя шипами;
• гребенка;
• финский;
• со скошенными фасками.

Первая разновидность не допускает попадания воды в щели между венцами, вторая дает возможность еще и снизить теплопотери. Гребенка создает идеальное соединение, не требующее дополнительных затрат на утепление стен, однако при монтаже могут возникнуть трудности при повышенной влажности воздуха. Финский профиль способствует отводу воды, дает возможность использовать утеплитель. А симпатичный вариант со скошенными фасками был придуман для того, чтобы упростить конопатку стен.

Клееный

Сравнительно недавно производители пиломатериалов догадались собирать профиль из склеенных между собой дощечек. Клееный брус, собранный из ламелей лиственничной древесины и других хвойных пород, обладает немалыми преимуществами: не деформируется, не боится влаги, практически не поддается усадке.

Клееный брус обходится несколько дороже, чем натуральный, но затраты окупаются. Вам не придется долго ждать усадки постройки, постоянно следить за оконными и дверными проемами, регулярно конопатить стены. Дом получится очень прочным и теплым.

Термобрус

Термобрус нельзя назвать натуральным материалом. Деревянные ламели у него располагаются только с двух сторон, которые при строительстве станут наружными и внутренними стенами, а в промежутке располагается экструдированный пенополистерол или пенополиуретан. Термобрус считается материалом нового поколения, поскольку обеспечивает очень хорошую теплоизоляцию дома. Но далеко не все согласны жить в доме, который почти наполовину состоит из полимеров, так что новый материал, несмотря на повышенную легкость и привлекательный внешний вид, едва ли вытеснит традиционные пиломатериалы из хвойных пород.

Примеры использования бруса

Профилированный и непрофилированный брус может использоваться для строительства домов в разных климатических зонах. В зависимости от диапазона температур и назначения построек из бруса, можно выбрать разные технологии строительства. В традиционных домах стены строят из толстого (200 х 200) материала. Большая длина пиломатериалов позволяет создавать сплошные стены без стыковки бревен длиной до 10-12 метров. При этом нижние венцы лучше всего сложить из бруса, изготовленного из сибирской лиственницы. Внутренние перегородки могут быть более тонкими, например, 150 х 150 мм.

В некоторых случаях выгоднее использовать каркасную технологию. В этом случае из прочного бруса выстраивают только каркас дома. Каркас принимает на себя и распределяет все нагрузки, а стеновые конструкции делают сборными, многослойными. Снаружи это могут быть доски, влагостойкая фанера, внутри – вагонка или гипсокартон, а между ними помещают слоистый пирог из тепло-, паро- и гидроизоляции.

И срубы, и каркасные дома могут использоваться в качестве жилых строений и вспомогательных построек. Очень красиво смотрятся усадьбы, в которых все постройки, от дома до сараев, бани и беседки, выполнены из бруса. Единый стиль оформления придает участку завершенность и гармонию. А из обрезков лиственничного или соснового бруса можно сделать лавочки, качели для детворы или оригинальные каркасы для надувных бассейнов.

Строганный брус

Цены

Размер, мм	Длина, м	за 1 м.пог
25 х 40	3.0	16
30 х 30	3.0	14,5
30 х 40	3.0	19
30 х 50	3.0	24
30 х 60	3.0	28,5
40 х 40	3.0	25,5
40 х 50	3.0	31,5
40 х 60	3. 0	38
40 х 70	3.0	44,5
40 х 80	3.0	50,5
50 х 50	3.0	39,5
50 х 80	3.0	63

Все цены

Наряду с продажей фанеры наша компания занимается также продажей сухого строганного бруса и других пиломатериалов.

Цены на строганный брус

Все цены на брус представлены в таблице.

БРУСОК СТРОГАННЫЙ (ЕЛЬ, СОСНА)

Обратите внимание: мы стараемся обновлять прайс-лист на пиломатериалы по мере необходимости, но иногда между изменением цен и размещением новых данных может пройти некоторое время. В этой связи предлагаемый вашему вниманию прайс-лист на строганный брус носит чисто информационный характер. Цены, представленные в нем, не являются публичной офертой. Впрочем, чаще всего вы можете купить строганный брус именно по той цене, которая указана на страницах сайта. Подробнее  о ценах

Брус и брусок

Брус – это пиломатериал прямоугольного или квадратного сечения с шириной и толщиной не менее 100 мм. Бруском называют пиломатериал меньшей ширины и толщины при условии, что они соотносятся не более чем 2:1. Если ширина превышает толщину более чем в 2 раза, мы можем говорить об обрезной доске.

Влажность

Многие компании предлагают пиломатериалы естественной влажности. Такие пиломатериалы сравнительно дешевы, но они имеют ряд недостатков:

• более интенсивная усадка и усушка что приводит к сравнительно сильным деформациям и растрескиванию. Это ухудшает внешний вид построек из бруса;
• материалы естественной влажности более подвержены грибковым и бактериальным гнилям, которые быстро разрушают древесину;

Мы продаем только сухой строганный брус, имеющий оптимальную (порядка 10…12%) влажность. Его стоимость несколько выше, но это в полной мере компенсируется отсутствием значительных деформаций и большим сроком эксплуатации.

Профиль

Брус может иметь разное сечение. Сегодня вы можете купить брус с двухкантным, трехкантным и четырехкантным сечением, а также профилированный брус разной формы.

Двухкантный брус обработан только с двух противоположных сторон.

Трехкантный брус обрабатывается с трех сторон. Четвертая сохраняет остатки естественного скругления древесного ствола и, возможно, обзол.

Четырехкантный брус обработан со всех четырех сторон. Его сечение имеет форму прямоугольника.

Профилированный брус получают путем фрезерования или строгания Он имеет сечение достаточно сложной формы. Цель профилирования – упростить монтаж пазогребневых соединений и сделать их более надежными. Подробнее

Нестроганный и строганный брус

Нестроганный или пиленый брус получают в результате распиловки древесины. Такой брус имеет неровную поверхность со следами пиления. Иногда его можно использовать без дополнительной обработки, но в том случае, если от конструкции требуется привлекательный внешний вид, он не годится. Кроме того, работать с ним можно только в рукавицах: в противном случае мелких травм не избежать.

Для того чтобы сделать поверхность бруса более аккуратной, его необходимо острогать, а перед этим просушить. Строганный брус имеет более гладкую поверхность, но стоимость его при прочих равных немного выше.

Породы

В России наибольшее распространение приобрел хвойный брус, изготовленный из древесины сосны, ели, лиственницы сибирской, пихты и иногда кедра. Широкое распространение хвойных пиломатериалов связано с большими запасами хвойной древесины. Из лиственных пород следует упомянуть березу, осину и ольху.

Применение

Основная сфера применения строганного сухого бруса – деревянное домостроение. Он используется для возведения стен жилых домов, придомовых построек, бань, саун и т. п. Кроме того, брус используется в качестве балок перекрытий между этажами, а также при проведении кровельных работ. Подробнее

Сухой профилированный брус

Компания «Фанера-базар» предлагает заказать и купить профилированный сухой брус любого формата.

Цены на профилированный брус

Тут таблица

О брусе

Брусом называют пиломатериал, толщина и высота которого составляют более 100 мм. Материал высота или ширина, которого меньше 100 мм, называют либо доской (при соотношении сторон более чем 2:1), либо бруском (в том случае, если это соотношение больше).

Классификация

Существует несколько типов классификаций, в основу которых положены разные критерии. Чаще всего в качестве критериев используются:

• порода дерева;
• структура бруса;
• количество обработанных сторон;

Порода дерева

Различают хвойные и лиственные пиломатериалы. Хвойные изготавливаются из древесины сосны, ели, пихты, кедра и лиственницы. Поскольку запасы хвойной древесины в России сравнительно велики, чаще всего в продаже можно встретить сухой брус хвойных пород.

Лиственный брус изготавливается из лиственных пород, обычно распространенных и потому недорогих. В подавляющем большинстве случаев всего это береза, осина, ольха.

Структура

Различают цельный и клееный брус. Цельный брус изготавливается путем пиления древесного ствола. Как правило, схема распила позволяет получить из ствола только один брус, который выпиливается из центральной части.

Клееный брус изготавливается из отдельных деревянных полос-ламелей. Таким образом, он не является пиломатериалом.

Наша компания осуществляет продажу цельного профилированного бруса.

Наличие профиля

Цельный брус может быть как профилированным, так и непрофилированнным.

Непрофилированный брус имеет простое квадратное, прямоугольное или близкое к нему сечение. По количеству обработанных сторон брус может быть:

• двухкантным – обработаны две параллельные сторон, еще на двух естественные закругления остатками коры;
• трехкантным – обработаны три стороны;
• четырехкантным – обработаны все четыре стороны. Брус имеет строго квадратное или прямоугольное сечение.

Непрофилированный брус имеет как достоинства, так и недостатки.

Достоинства:

• поскольку затраты на получение такого бруса минимальны, его цена также сравнительно невысока;
• купить такой брус можно повсеместно;
• очень часто он продается без серьезной сушки (так называемый брус естественной влажности). Это также снижает цену бруса;
• он очень прост в работе. Для строительства зданий из такого бруса не нужна строительная техника и высокая квалификация строителей. Скорость возведения построек достаточно высока.

Недостатки:

• брус естественной влажности подвержен бактериальным и грибковым гнилям;
• по мере усыхания он деформируется и растрескивается, что сказывается как внешнем виде, так и на долговечности построек;
• стены и цельного бруса не всегда получаются абсолютно ровными, поскольку он дает неравномерную усадку. В результате швы на разных венцах могут не совпадать.

Практика показывает, что недостатки непрофилированного бруса естественной влажности заметно перевешивают его достоинства. Именно поэтому его чаще используют для изготовления отдельных элементов (например, балок), а для строительства деревянных зданий используется хорошо просушенный профилированный брус.

Профилированный брус – это брус, имеющий сечение отличное от квадратного или прямоугольного. Такое сечение получается в результате профилирования, то есть обрезки обычного бруса по стандартному шаблону.

Профили бруса достаточно разнообразны, однако общий принцип все же есть. Задача профиля — обеспечивать надежность соединения. Таким образом, на одной стороне бурса должен находиться гребень, а на другой — паз. Форма того и другого может быть разной. Споры о том, какая форма лучше, идут постоянно и, по всей видимости, не имеют смысла.

Сухой профилированный брус имеет ряд достоинств:

• он гораздо меньше подвержен воздействию грибов и бактерий;
• он изготовлен с точностью до миллиметра, что позволяет добиться высокой точности при строительстве зданий. Стены из него получаются ровными и красивыми, а швы — очень тонкими. Минимальная толщина шва позволяет снизить теплопотери;
• сухой брус имеет оптимальную влажность (порядка 12%), а это означает, что он гораздо меньше деформируется при усадке и усушке.

Хорошо просушенный профилированный брус является одним из самых популярных материалов для деревянного домостроения. Наша компания предлагает именно такой брус.

Стандарты. ГОСТ на брус

Полноценного ГОСТа на профилированный брус в России нет и поэтому производители изготавливают его на основе собственных ТУ. Эти ТУ, в свою очередь основываются сразу на нескольких российских, а в случае с экспортной продукцией – иностранных стандартах.

Стандарты, имеющие отношение к деревянному брусу:

• EN 1611-1:1999 — хвойные пиломатериалы европейской сортировки — европейский документ;
• ГОСТ 26002-83 — пиломатериалы хвойных пород северной сортировки, поставляемые для экспорта. Технические условия
• ГОСТ 24454-80 — пиломатериалы хвойных пород. Размеры.
• ГОСТ 8242-88 — детали профильные из древесины и древесных материалов для строительства. Технические условия
• DIN 68126 – строганный погонаж.

Доставка

Мы осуществляем доставку приобретенных у нас пиломатериалов с любого из 5 складов, расположенных в разных округах Москвы. Кроме того вы может купить брус и фанеру на условиях самовывоза.

Брус – приверженность традициям

Дома из бруса относятся к классу деревянных домов. Строительство из дерева уходит своими корнями глубоко в историю. Например, остатки древнейших деревянных домов были обнаружены на территории Польши. Их строительство датируют 6 веком до нашей эры. Угловые соединения в них были выполнены «на врубке», швы заполнялись мхом, соломой, глиной.

До 16 века в Европе строительство деревянных домов из бревна и бруса было преобладающим, переход на строительство каркасных (фахверковых) и каменных домов был обусловлен в первую очередь сокращением лесов в результате вырубки. В России же, как в стране богатой лесами, строительство частных домов из бревна и бруса преобладает до настоящего времени.

Традиционный брус получают из брёвен методом строгания. Существуют три его разновидности:

1. двухкантный брус, так называемый лафет, когда путем строгания обрабатывают две продольных стороны бревна
2. трехкантный брус имеет три обработанные продольные стороны
3. четырехкантный соответственно – четыре обработанные стороны

Преимущества

Сейчас для строительства домов из бруса применяют преимущественно так называемый «профилированный» брус. Его изготовляют из древесины хвойных пород, с помощью фрезерования придавая бревнам заданный профиль. В результате брус имеет ровную лицевую поверхность, а его опорная поверхность имеет соединение паз-шип. Такое соединение и точные геометрические размеры позволяют строить дома быстро и качественно. Профилированный брус меньше подвержен деформациям, чем обычный не фрезерованный брус, дает меньшую усадку.

Еще более усовершенствованный вид бруса это «клееный профилированный» брус. Его получают путем склеивания из нескольких досок (ламелей). Первые эксперименты по созданию и применению клееных конструкций состоялись в начале 20 века в Германии. Начало же широкого производства клееного бруса было связано с появлением промышленных клеёв в 1960-х годах. Этот вид бруса имеет следующие преимущества:

1. более высокая прочность по сравнению с цельной древесиной
2. исключается сквозное растрескивание и «коробление»
3. минимальная усадка, всего 1-2%
4. улучшенная теплоизоляция
5. высокая огнестойкость, выше, чем у металлических конструкций

Нельзя не отметить и еще одно достоинство бруса. Стены из бруса можно не отделывать ни снаружи, ни внутри. Сам по себе качественный брус выглядит вполне эстетично и его лишь требуется покрыть тонирующим составом, который одновременно может обладать антисептирующими свойствами.

А есть ли недостатки?

Традиционный брус (профилированный) имеет ряд недостатков, таких как склонность к деформациям, значительная усадка стен сруба (до 10%), неточные геометрические размеры.

Основной недостаток клееного бруса это его сравнительно высокая стоимость. При его изготовлении требуется очень точно соблюдать технологию производства. Несоблюдение технологии может проявиться в расслоении бруса, его деформации и как следствие потере прочностных и теплоизоляционных качеств.

Еще одним недостатком клееного бруса может оказаться класс использованного при его изготовлении клея. Клеи, как правило, классифицируются по классу экологичности Е1, E2, E3. Наиболее добросовестные производители используют клей класса Е1 с наименьшим выделением формальдегида. В этом случае клей выделяет формальдегида не больше чем природная древесина. Брус изготовленный с применением такого клея не несет никакой опасности. Но нужно заметить, что отечественные производители часто пренебрегают этим и применяют для изготовления бруса клей с высоким содержанием формальдегида вследствие его дешевизны. Обязательно нужно уточнять у производителя, какой клей он использует.

Строить дома из бруса следует в основном для сезонного проживания. Теплопроводность бруса примерно равна теплопроводности газобетона, но толщина стены при этом в 2 раза меньше и составляет 190-200 мм. Чтобы использовать дом из бруса для круглогодичного проживания его следует дополнительно утеплить.

Дом из бруса: за и против

Давно всем известно, что дерево – великолепный материал для того, чтобы построить дом. А деревянный брус всегда выделялся природной красотой и надежностью, среди других строительных материалов.

Дерево является пиломатериалом и брус относится именно к этой категории материалов.

Исходя из того, каким образом обработан брус, существует несколько его видов.

✔ Двухкантный брус, или по-другому, лафет. Отличается он тем, что у него обрабатывают обе противолежащие друг другу стороны. В европейских странах пользуются популярностью строения именно из такого пиломатериала.

✔ Трехкантный брус. Смотря на дом с внешней стороны, кажется, что он собран из цельных бревен. Внутренние стены такого строения позволяют отделать их абсолютно любым декоративным материалом, или же оставить как есть.

✔ Четырехкантный брус. Наиболее простой и всем известный вариант — 4 стороны у него обработаны. В сечении данный брус имеет профиль четырехугольника.

✔ Существует еще профилированный брус. В зависимости от последующего применения, проводят обработку и придают ему требуемый профиль.

При использовании бруса в строительстве дома, его ширина должна быть больше или равна, 100 мм. При выборе пиломатериала, лучше остановить свой выбор на брусе, который изготавливают из заготовленной древесины в зимний период.

Лучше это потому, что отделку можно будет производить только после высыхания древесины и усадки дома, которая длится, примерно, 1-2 года, данные мероприятия не требуются если вы строите коттеджи из клееного бруса. Но если дом строят из леса заготовленного в зимний период, то сушка и усадка формируются намного быстрее, что значительно ускоряет весь процесс.

Положительные факторы при выборе дома из бруса:

✔ Данные дома можно возводить на мелко заглубленном фундаменте, что соответственно, снижает себестоимость строительства.

✔ Несмотря на то, что толщина стен у деревянных домов меньше, чем у кирпичного строения, однако сам дом получается намного теплее. Это потому, что теплопроводность древесины довольно низкая.

✔ Дерево имеет отличную текстуру и очень красиво, так что не обязательно производить отделку внутренних помещений.

✔ Это не является сезонной работой. Строительно-монтажные работы можно вести круглогодично и практически при любой температуре. Зимняя стройка даже желательнее, так как усадка происходит быстрее.

Но все же, у жилого строения из бруса имеются и недостатки:

✔ Постройки из древесины, по сравнению с кирпичом, не долговечны, так как подвержены гниению. Использование защитных составов и технологий по устранению таких проблем неизбежно ведут к дополнительным финансовым затратам.

✔ Много денежных затрат и сил требует усушка материала, а она неизбежна.

Наиболее выгодным будет строительство дома – из бруса, если не учитывать клееный брус. Постройка из обыкновенных бревен выйдет процентов на 15 дороже и придется еще вложить дополнительные средства в утепление. Теперь, зная все преимущества и недостатки домов из различных видов бруса, можно выбрать вариант, который подойдет вам больше всего.

В чем основные преимущества домов из бруса?

Не секрет, что дом из бруса – идеальное жилье. Он очень надежен и привлекателен. Брус – это разновидность пиломатериалов. Его стороны могут быть опилены по-разному. В зависимости от этого различают разные виды бруса:

1. Двухкантный брус еще называют лафетом. Он имеет только две обработанные противоположные стороны. Именно из такого материала чаще всего строят дома в скандинавских странах.
2. Трехкантный брус имитирует цельное бревно. Изнутри стена гладкая. Это дает возможность отделать ее любыми материалами.
3. Четырехкантный брус – это изделие с четырьмя опиленными сторонами. Профильное сечение такого бруса представляет квадрат.
4. Профилированный брус. Он имеет определенный профиль, который придается ему во время обработки.

Практически каждый загородный участок имеет деревянный дом, для строительства которого можно использовать любой брус при условии, что его ширина составляет не менее 10 см. Лучше всего, по мнению специалистов компании Дачный участок, применять брус из лесоматериалов, заготовленных зимой. Это связано с тем, что именно зимняя древесина наиболее сухая и прочная, дом из такого бруса не требует длительной усадки. Как правило, здания из обычного бруса, заготовленного в другое время года, нуждаются в длительной усадке в течение года-двух.

Основные преимущества деревянных домов из бруса

• Дом из бруса не нуждается в очень глубоком фундаменте. Следовательно, затраты на устройство основания для такого дома будут сравнительно невысокими.
• Деревянный дом не нуждается во внутренней отделке. Натуральное красивое дерево и так смотрится очень красиво.
• Можно строить достаточно тонкие стены, в отличие от кирпичных сооружений. Деревянный дом все равно будет теплым, даже без дополнительной теплоизоляции.
• Строить дом из бруса можно в любое время года. Тоже самое касается и температуры окружающей среды, совсем неважно, жара на улице или мороз.

Из минусов можно выделить то, что на усушку материала требуется большое количество денег и времени. В усушке нуждаются все дома из дерева.

Когда выбирают брус, лучше всего брать материал, изготовленный из местных пород дерева. Это объясняется оптимальными природными условиями, в которых будет находиться дерево.

Если говорить о стоимости, то самый выгодный материал – брус, даже если сравнивать его с бревнами. Обыкновенный брус не имеет теплового замка. Поэтому дом из него нужно дополнительно утеплять, обшивать утеплительными материалами. Поэтому и стоимость обычного бруса низка.

← Керамическая плитка в интерьере: параметры и качества

Экспериментальное трехмерное профилирование луча и моделирование терагерцового луча, генерируемого двухцветной воздушной плазмой

Мы используем массив широкополосных микроболометров для измерения полного трехмерного (3D) профиля интенсивности терагерцового (ТГц) диапазона, излучаемого двухцветной фемтосекундной плазмой и впоследствии сфокусированного в геометрии, полезной для нелинейных спектроскопических исследований. Вдали от непосредственной фокальной области мы наблюдаем резкий конический профиль интенсивности, напоминающий бублик, а в фокальной области луч коллапсирует до центрального, лоренц-образного профиля.Профиль лоренцевой интенсивности в фокальной области может быть объяснен путем рассмотрения зависящего от частоты размера пятна, полученного из измерений фазового сдвига Гуи в фокальной области, а переход от кольцевого профиля к центральному пику согласуется с распространением бесселевой волны. –Гауссовый пучок, как показано в результате моделирования, основанного на недавней модели нестационарного фототока (You et al. 2012 Phys. Rev. Lett. 109 183902). Мы объединяем наши измерения с первой полной 3D-визуализацией конического ТГц излучения двухцветной плазмы.

ОБЩИЕ НАУЧНЫЕ РЕЗЮМЕ Введение и предыстория. Нелинейная спектроскопия с интенсивным терагерцовым (ТГц) светом — важный инструмент для понимания ангармоничностей и взаимодействий при низкоэнергетических взаимодействиях в твердых телах, жидкостях и газах. Интенсивность света — один из ключевых параметров любого нелинейного эксперимента. Это определяется детальной формой луча во времени и пространстве. Интенсивный фемтосекундный лазерный луч, сфокусированный со второй гармоникой в ​​воздухе, образует плазму, которая генерирует ультракороткие терагерцовые импульсы с большой шириной полосы и интенсивностью.ТГц излучение, испускаемое такой воздушной плазмой, обладает интригующими свойствами распространения, которые мы исследуем здесь.

Основные результаты. Мы измеряем полный трехмерный (3D) профиль интенсивности ТГц излучения двухцветной фемтосекундной плазмы и затем фокусируемся в геометрии, полезной для нелинейных спектроскопических исследований. Вдали от непосредственной фокальной области мы наблюдаем резкий конический профиль интенсивности, напоминающий бублик, а в фокальной области луч коллапсирует до центрального, лоренц-образного профиля.Такая лоренцевская форма луча возникает из-за взвешенного наложения профилей гауссова луча на отдельных частотах в пределах полосы пропускания ТГц луча. Мы демонстрируем, что переход от кольцевого профиля к центральному пику согласуется с распространением пучка Бесселя-Гаусса.

Более широкие последствия. Фемтосекундный двухцветный источник ТГц воздушной плазмы обладает привлекательными свойствами, такими как сверхширокий частотный диапазон, длительность импульса, ограниченная ультракоротким преобразованием, и высокая пиковая напряженность поля — три важных свойства для сверхбыстрой нелинейной спектроскопии.Исследуемые здесь фокусирующие свойства необходимо тщательно учитывать при разработке нелинейных экспериментов или экспериментов с накачкой и зондом.

Рисунок. Пончиковый профиль пучка ТГц излучения, излучаемый фемтосекундной двухцветной плазмой, фокусируется в центральное пятно из-за характеристик распространения Бесселя-Гаусса.

В эту статью 23 июля 2013 г. были внесены исправления. Цитата для ссылок [27] и [28] добавлена ​​на стр. 3.

Благодаря недавним разработкам в области настольных источников высокой интенсивности терагерцового (ТГц) диапазона, в настоящее время наблюдается значительный всплеск интереса к нелинейным взаимодействиям между ТГц волнами и веществом. Наибольшая пиковая интенсивность достигается при использовании сверхбыстрых импульсных источников ТГц излучения. Нелинейность второго порядка, вызванная интенсивными фемтосекундными лазерными импульсами в соответствующих кристаллах, приводит к генерации на разностной частоте интенсивных импульсов ТГц диапазона, причем наиболее известными материалами, используемыми в настоящее время, являются неорганические кристаллы LiNbO ₃ [1, 2], ZnTe [3]. ] и GaSe [4, 5], а также органическая соль DAST [6] и родственные структуры, такие как DASC [7] и Oh2 [8]. Для этих кристаллов сообщалось об энергиях импульсов до десятков мкм Дж и пиковых значениях напряженности поля в диапазоне МВ · см ^-1 .Такой напряженности поля безусловно достаточно для нелинейных исследований и ряда фундаментальных физических явлений, таких как ударная ионизация [9], рассеяние в боковых долинах [10], ТГц-индуцированный оптический эффект Керра в жидкостях [11], колебательные ангармоничности в молекулярных кристаллах. В [12] динамический эффект Франца – Келдыша в множественных квантовых ямах [13] и квантовых точках [14] и даже ТГц-индуцированные фазовые переходы [15] были исследованы в области низких (<3 ТГц) частот. Нелинейная двумерная спектроскопия на объемном InSb [16], двойных квантовых ямах и многослойном графене [17] была продемонстрирована с использованием ТГц переходных процессов в диапазоне 10–40 ТГц.В принципе, ширина полосы генерируемого ТГц импульса может достигать ширины полосы фемтосекундного источника накачки. Однако на практике генерируемая ширина полосы всегда ограничивается условиями фазового синхронизма, предлагаемыми конкретным кристаллом на длине волны накачки.

Генерация нелинейных ТГц импульсов в фемтосекундной двухцветной воздушной плазме в последнее время стала привлекательной альтернативой кристаллическим механизмам генерации ТГц импульсов, отчасти из-за интригующих физических механизмов, участвующих во взаимодействии между интенсивным фемтосекундным лазерным импульсом и генерируемой плазмой. , и частично из-за того, что выход ТГц излучения ограничен только длительностью и шириной полосы лазерного импульса накачки [18, 19].ТГц излучение двухцветной плазмы впервые было сообщено Куком и Хохштрассером [20], которые идентифицировали механизм генерации ТГц как четырехволнового смешения из-за нелинейности воздуха третьего порядка. Затем было показано, что для эффективной генерации ТГц излучения требуется ионизация воздуха [21], а затем сообщалось о когерентности механизма четырехволнового смешения в плазме [22]. Квантово-механическое рассмотрение траекторий электронов в плазме необходимо для полного понимания поляризационных свойств испускаемого ТГц излучения [23, 24].Дальнейшие исследования показали сильное влияние переходных токов в плазме на механизм генерации ТГц диапазона [25, 26], а также было показано, что конечная длина плазмы приводит к конической эмиссии ТГц излучения под предпочтительным углом от плазмы за счет конструктивная интерференция, вызванная условиями фазового синхронизма между пучками накачки основной и второй гармоник [27–29]. Было предсказано [30], а недавно также экспериментально подтверждено [31], что возбуждение плазмы более длинноволновыми импульсами накачки приводит к сильному увеличению генерируемой энергии ТГц диапазона, в результате чего пиковые значения напряженности поля находятся в диапазоне МВ · см ⁻¹ . , а энергии импульсов приближаются к диапазону мкм Дж.

Со смещением теоретических и экспериментальных данных о механизме генерации в двухцветной плазме, обсужденных выше, мы исследуем полный трехмерный (3D) профиль пучка, испускаемого двухцветной фемтосекундной плазмой. В любом нелинейном эксперименте с использованием терагерцовых импульсов двухцветной плазмы или других источников чрезвычайно важно иметь подробную информацию о пространственном распределении терагерцового поля для оценки интенсивности, падающей на исследуемый образец.Энергия ТГц импульса всегда ограничивается доступной энергией накачки и эффектами насыщения в генерирующей среде, в то время как длительность ТГц импульса ограничивается в основном условиями фазового синхронизма или длительностью самого возбуждающего лазерного импульса. С другой стороны, размер пятна сфокусированного ТГц пучка в значительной степени определяется геометрическим расположением фокусирующих элементов в экспериментальной установке. Коническая эмиссия, наблюдаемая You и др. [29], должна быть тщательно рассмотрена в нелинейном эксперименте, в котором должно быть известно пространственное распределение энергии THz, особенно если e.г. используется метод z-сканирования [32]. Мы обсуждаем наблюдаемый трехмерный профиль луча с точки зрения измерений фазового сдвига Гуи в фокальной области, и моделирование, основанное на модели переходного фототока, предложенной You и др. [29], показывает, что фокусировка профиля луча хорошая. описывается распространением пучка Бесселя – Гаусса (БГ).

Установка для генерации ТГц излучения с помощью лазерно-индуцированной двухцветной воздушной плазмы [29] показана на рисунке 1. Падающий лазерный луч исходит от системы регенеративного усилителя (SpectraPhysics Spitfire) и дает ~ 100 фс, 2. Импульсы 9 мДж с центром на 800 нм с частотой повторения 1 кГц. Импульсы 800 нм генерируют свою вторую гармонику (400 нм) в кристалле бората бората β толщиной 100 мкм, м толщиной, и оба луча фокусируются коллинеарно с помощью двояковыпуклой линзы с фокусным расстоянием 300 мм. В результате создается воздушная плазма длиной около 20 мм. Фотография воздушной плазмы показана на рисунке 1. ТГц свет, излучаемый из плазмы, коллимируется и фокусируется двумя внеосевыми параболическими зеркалами OPM1 и OPM2 с эффективными фокусными расстояниями 4 дюйма и 3 дюйма соответственно.Кремниевый светоделитель передает свет ТГц, но отражает остаточные оптические лучи, так что камера детектирует только генерируемый свет ТГц. Частотный диапазон ТГц света, генерируемого этой установкой, составляет от ~ 0,2 до 12 ТГц (10% полосы пропускания), как показано на рисунке 5 (b). Используя трансляционный столик, ТГц камера (NEC, модель IRV-T0831) сканирует фокус с шагом 0,2 мм. Общее расстояние сканирования составляет 52,8 мм, и изображение профиля ТГц излучения записывается для каждого шага путем интегрирования более 128 кадров (скорость видео камеры: 30 кадров с ^-1 ). В камере есть функция блокировки, которая прерывает падающий лазерный луч с частотой 15 Гц для уменьшения шума. Записанные изображения имеют размер 240 × 320 пикселей с размером пикселя 23,5 мкм м, в результате чего размер изображения составляет 5,64 мм × 7,52 мм [33].

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 1. Установка для генерации ТГц в двухцветной воздушной плазме. Путем фокусировки как 800 нм, так и его второй гармоники линзой 300 мм (L) может быть получена двухцветная плазма, которая производит ТГц импульс с широким частотным диапазоном 0.2–12 ТГц (ширина полосы 10%). На вставке фото воздушной плазмы. Сканирование луча выполняется сканированием ТГц камеры через точку фокусировки на трансляционной платформе. OPM1: внеосевое параболическое зеркало 4 дюйма, OPM2: внеосевое параболическое зеркало 3 дюйма, BS: кремниевый светоделитель, BBO: β -борат бария.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Два примера записанных изображений интенсивности показаны на рисунке 2. Репрезентативное изображение несфокусированного луча показано на рисунке 2 (a), тогда как на рисунке 2 (b) показано измерение сфокусированного луча.На несфокусированном профиле интенсивности мы наблюдаем коническую диаграмму направленности излучения, которая выглядит как профиль луча в форме пончика, который сфокусирован вниз в единственное пятно, как показано на рисунке 2 (b). Отметим несколько неравномерное распределение интенсивности диаграммы направленности по всей развертке пучка, что также наблюдалось в [29] для более высоких частот до 10 ТГц. Это представлено на рисунке 2 (а) как более яркая диаграмма излучения в левой половине изображения. В настоящее время мы не уверены, является ли это результатом небольшого оптического отклонения или какого-то не предполагаемого физического механизма.Сгенерированный спектр (см. Рисунок 5 (b)) охватывает примерно до 12 ТГц, но камера чувствительна только от 1 до 7 ТГц, поэтому мы ожидаем, что записанные изображения интенсивности будут репрезентативными для этого диапазона частот. Луч ТГц поляризован линейно как в фокальной плоскости, так и в несфокусированных частях луча, что определяется введением поляризаторов из проволочной сетки.

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 2. (а) Изображение интенсивности, записанное терагерцовой камерой несфокусированного луча. (b) Записанное изображение интенсивности сфокусированного луча (см. фильм 1, доступный на stacks.iop.org/NJP/15/075012/mmedia).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Чтобы исследовать эволюцию распределения интенсивности по всему сканированию луча способом, который не зависит от формы луча, стандартное отклонение () вычисляется для направлений X (по горизонтали) и Y (по вертикали) для каждого направления. записанное изображение.Рассчитанные стандартные отклонения в двух направлениях показаны как функция положения столика камеры на рисунке 3. Интенсивность луча распределяется в одном месте, когда положение столика близко к положению фокуса, а стандартное отклонение минимально в обоих. направления, то есть положение предметного столика составляет от 25 до 32 мм. Видно, что стандартное отклонение для двух направлений X и Y не минимизируется в одном и том же положении предметного столика, что мы приписываем астигматизму в системе визуализации.Чтобы точно определить размер луча, на изображениях, записанных в этой области, была измерена полная ширина на полувысоте (FWHM). Минимальная ширина FWHM составила 127,9 и 140,3 мкм м для направлений Y, и X соответственно. Следует отметить, что для потенциального эксперимента по нелинейной спектроскопии желательна только область сканирования луча, в которой диаграмма интенсивности представляет собой одно пятно.

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 3. Стандартное отклонение, рассчитанное на основе измерений профиля интенсивности в направлении X и Y .

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Серии изображений профиля интенсивности, записанные с помощью камеры ТГц, могут быть объединены в трехмерный профиль для полной визуализации свойств луча. Рисунок 4 и соответствующая анимация показывают измеренный трехмерный профиль ТГц луча. Профиль интенсивности нормализуется в каждой позиции z , чтобы визуализировать также более слабые части луча.В анимации луч вращается вокруг точки фокусировки, а на рисунке 4 показаны два снимка экрана, иллюстрирующие трехмерную форму луча. Хорошо видна протяженность фокальной области, что указывает на очень низкую расходимость ТГц луча в этой области. Кольца во внешних областях этого трехмерного профиля луча ясно показывают коническую форму луча в дальней зоне.

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 4. (a), (b) Трехмерный реконструированный профиль луча по измерениям камеры при просмотре под двумя разными углами (см. Фильм 2, доступный на stacks.iop.org/NJP/15/075012/mmedia).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Трехмерная визуализация профиля сфокусированного луча выявляет несколько необычных особенностей по сравнению со стандартным гауссовым лучом, которые заслуживают подробного обсуждения. Первой необычной особенностью является наблюдение того, что профиль интенсивности близок к лоренцеву на перетяжке пучка, а второй особенностью является наблюдение перехода от кольцевой формы дальнего поля к пятнистому профилю в области фокуса с продолжительным , похожая на карандаш фокальная область, которая сильно отличается от фокусировки гауссова луча.Эти функции будут обсуждаться в следующих двух разделах. Кроме того, мы наблюдаем небольшую внеосевую структуру, похожую на карандаш, напоминающую фокальную область при больших значениях z (см. Рисунок 4 (b)). Эта функция слаба (примерно 5%) по сравнению с интенсивностью в фокусе, но становится видимой благодаря процедуре нормализации. Мы полагаем, что эта особенность связана с паразитным отражением в оптической системе.

Для большинства приложений ТГц диапазона, и особенно для нелинейной спектроскопии, желательны профили пучка гауссовой формы для достижения локализованных, хорошо контролируемых высоких значений электрического поля.Однако мы не наблюдаем форму гауссова луча для наших измерений в фокальной плоскости, а вместо этого добиваемся гораздо лучшего экспериментального соответствия с использованием лоренцевского профиля (см. Изображение интенсивности на рисунке 2 (b) и его горизонтальную проекцию на рисунке 6 (a )). По этой причине мы проводим второй эксперимент, чтобы исследовать перетяжку пучка в фокальной плоскости.

При фокусировке луча, как в эксперименте, описанном в разделе 2, волна испытывает дополнительный фазовый сдвиг — так называемый фазовый сдвиг Гуи [34–36].Kužel и др. [37] определили, как фазовый сдвиг Гуи влияет на измерение показателя преломления образца, помещенного в фокус терагерцового луча, по сравнению с образцом, помещенным в коллимированный луч. Сравнивая эти два извлеченных показателя преломления для одного и того же образца, можно определить фазовый сдвиг Гуи. Предполагая, что гауссов пучок находится в фокальной плоскости пучка, мы применили процедуру, описанную Кужелем и др. , для получения информации о размере перетяжки пучка во всем экспериментальном диапазоне частот.Установка, используемая для фазового эксперимента Гуи, показана на рисунке 5 (а). Луч ТГц генерируется и фокусируется так же, как описано ранее, и теперь ТГц спектр детектируется с использованием метода когерентного детектирования с воздушным смещением (ABCD) [38]. Типичный спектр, измеренный с помощью этой установки без образца, показан на вставке к рис. 5 (b). Фазовый сдвиг Гуи извлекается путем измерения разницы в показателе преломления кремниевой пластины с высоким сопротивлением 525 мкм толщиной м в двух различных положениях, а именно в фокальной плоскости ТГц луча и в коллимированной части луча, как показано на рисунке 5 (а).

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 5. (а) Экспериментальная установка для определения фазового сдвига Гуи. ТГц переходные процессы генерируются с помощью двухцветной лазерно-индуцированной плазмы и детектируются методом ABCD. (b) Перетяжка ТГц пучка с частотным разрешением, рассчитанная с использованием измерения фазового сдвига Гуи. На вставке: типичный спектр, измеренный методом ABCD.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

С помощью этих сканирований мы извлекаем экспериментальную перетяжку пучка для всех частот, как показано на рисунке 5 (b).Предполагая, что профиль интенсивности на перетяжке луча представляет собой суперпозицию частотно-зависимых гауссовых лучей шириной w ₀ ( f ) и с амплитудами, взвешенными в соответствии со спектром на рисунке 5 (b), мы получаем интенсивность профиль показан на рисунке 6 (б). Сравнивая этот профиль интенсивности, полученный из фазового сдвига Гуи, с экспериментальным измерением, мы видим, что оба профиля имеют лоренцеву форму и хорошо согласуются друг с другом. Низкоинтенсивная часть профиля, измеренная с помощью ТГц-камеры, немного шире, чем профиль, извлеченный из измерения фазы Гуи.Однако точная функция частотной характеристики камеры неизвестна, и расхождение легко может быть связано с дополнительным расширением функции отклика камеры.

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 6. (a) Измерение профиля луча в фокусе вместе с гауссовой и лоренцевой аппроксимацией. (b) Измерение профиля луча вместе с измерением, основанным на сдвиге фазы Гуи в фокусе ТГц луча.Все точки данных являются проекцией записанного изображения в направлении X . Все показанные профили являются проекциями на ось X . Проекции Y аналогичны проекциям X и поэтому не показаны.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Аномальное поведение профиля луча при переходе от дальнего поля к перетяжке луча и обратно предполагает, что мы взглянем на существующую литературу на предмет решений Гельмгольца, которые имитируют это поведение.Именно такое решение, пучок BG, независимо друг от друга получили Шеппард и Уилсон [39], а позже Гори и др. [40]. Луч BG представляет собой линейную суперпозицию традиционных лучей Эрмита – Гаусса. Хотя существуют решения более высокого порядка [41], для простоты мы будем ссылаться только на основную моду обычного пучка БГ. Чтобы концептуально описать пучок BG, представьте себе традиционную гауссову моду TEM ₀₀ , распространяющуюся под небольшим углом, ε , от оси z .Если ε велико по сравнению со скоростью расширения перетяжки луча, w ( z ), то гауссов профиль перемещается от оси z с увеличением расстояния. Амплитуда на оси будет равна нулю, за исключением области около z = 0, где профиль луча и ось z пересекаются. Чтобы построить полный луч BG, эта мода TEM ₀₀ затем проходит полные 2 π радиан вокруг оси z . Это дает полное решение [39–41]

В частности, стоит рассмотреть это решение на перетяжке балки.При z = 0 профиль является гауссовым с добавлением интерференционного члена, функции Бесселя нулевого порядка, которая возникает в результате интегрирования небольших угловых отклонений от каждого независимого гауссовского профиля [42],

Чтобы исследовать, как этот пучок соотносится с нашими экспериментальными данными, мы реализовали модель переходного фототока, популяризированную Кимом и др. [25, 43]. Физическое распределение индуцированной плазмы аппроксимируется простой одномерной линией.Чтобы максимизировать пончиковое поведение модели фототока, была выбрана длина плазмы 2 l _d ≈ 40 мм [29], где l _d — длина дефазировки. Это приводит к полному сдвигу фазы 2 π между пучками 400 и 800 нм для реальной плотности электронов 10 ¹⁶ см ⁻³ . На практике длина экспериментальной плазмы приближается к 20–25 мм. Однако длины плазмы в моделировании и эксперименте напрямую не сопоставимы друг с другом.Изменения в интенсивности падающего лазера изменяют плотность плазмы, что, в свою очередь, изменяет фазовый сдвиг между лучами 400 и 800 нм вдоль нити, что приводит к отчетливым изменениям в l _d и профиле испускаемого ТГц излучения. Более подробное рассмотрение и результирующие прямые сравнения могут быть достигнуты с помощью полного трехмерного моделирования во временной области с конечными разностями (FDTD).

Есть три небольших отличия между [29] и реализованной здесь моделью.Во-первых, полуширина лазерного импульса была изменена на 100 фс, чтобы лучше соответствовать условиям наших экспериментов. Во-вторых, мы использовали уравнение ионизации Келдыша – Фейсала – Рейсса [44] вместо уравнения Аммосова – Делоне – Крайнова, и, в-третьих, мы рассчитали электрическую картину дальнего поля во временной области согласно [45]

куда

— производная тока, оцененная в запаздывающий момент времени. Используя эту модель, мы вычислили электрическое поле в двух плоскостях дальнего поля: z ₁ = 0.5 м и z ₂ = 0,75 м.

Решение в этих двух плоскостях позволяет нам анализировать профили пучка, рассчитанные по модели нестационарного фототока как пучок BG. Два профиля дальнего поля подвергаются преобразованию Фурье во временной области для получения одночастотных профилей. ε было определено из простого геометрического расчета ε = tan ⁻¹ (( x ₂ –x ₁ ) / ( z ₂ –z ₁ )), где x ₂ и x ₁ — это физические местоположения максимального значения кольцевого профиля.Таким образом, остается единственный свободный параметр: q ₀ .

Как только параметры пучка BG известны, можно распространять параметры пучка через оптические системы в соответствии с формализмом матрицы ABCD [41, 46] (не путать с ABCD — сокращенное обозначение когерентного обнаружения с воздушным смещением, упомянутое ранее). Здесь мы применили этот формализм для учета OPM1 и OPM2 на рисунке 1.

На рисунках 7 (a) — (c) мы показываем три одночастотных среза, которые являются результатом этой полной обработки.На рисунках (а) — (с) четко видно, что профили пучка имеют экспериментально измеренный кольцевой профиль в дальней зоне и схлопываются до пятноподобного профиля на перетяжке пучка, как показано на (d) — (f). Однако профили перетяжки пучка, показанные на (d) — (f), также имеют дополнительное кольцо, являющееся результатом функции Бесселя в уравнении (2), которая отсутствует в эксперименте. Важно помнить, что сами экспериментальные измерения пучка носят широкополосный характер, и что радиус дополнительного кольца в пучке BG зависит от частоты.Когда профиль перетяжки широкополосного луча реконструируется с использованием всей полосы пропускания модели, мы видим, что кольца разной частоты деструктивно интерферируют друг с другом и постепенно исчезают с увеличением ширины полосы, в результате чего получается гладкое единое пятно, показанное на рисунке 7 (g). . Чтобы продемонстрировать влияние добавленных частотных компонентов на размер пятна, мы показываем горизонтальные проекции пятна луча с различным вкладом в полосу пропускания на рисунке 7 (h). По мере увеличения полосы пропускания крылья выступа явно уменьшаются.

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 7. В крайнем левом столбце мы отображаем профиль дальнего поля BG на z = 5 см сверху вниз для (a) 2 ТГц, (b) 4 ТГц и (c) 6 ТГц, соответственно. В центральном столбце мы отображаем профиль при z = 0 для тех же частотных компонентов (d) — (f), чтобы выделить разницу в профилях между перетяжкой луча и дальним полем.В (g) мы представляем широкополосное (1–7 ТГц) суммирование профилей, чтобы продемонстрировать, как внешние кольца на (d) — (f) деструктивно интерферируют, создавая гладкое гауссово пятно. Это дополнительно демонстрируется в (h), где мы показываем проекции суммирования различных значений ширины полосы и ее влияние на внешние кольца.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Таким же образом, как и для экспериментально измеренного профиля пучка в предыдущем разделе, на рисунке 8 реконструирован трехмерный профиль широкополосного (1–7 ТГц) пучка.Соответствующая анимация показывает вращение профиля трехмерного луча вокруг его фокальной плоскости. По сравнению с измеренным трехмерным профилем пучка на рисунке 4 мы наблюдаем такое же общее поведение смоделированного профиля пучка. В обоих случаях пучок в форме пончика фокусируется вниз до узкого профиля интенсивности из одного пятна с малой расходимостью вокруг фокальной области. Стоит отметить, что фокальная область не такая узкая и протяженная, как кажется. Профиль интенсивности каждого среза z нормализуется независимо, так что поведение пончика в дальней зоне можно увидеть на том же графике, что и фокус.Это заставляет фокальную область казаться сильно локализованной в расширенном диапазоне.

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 8. (a), (b) 3D реконструированный профиль пучка из смоделированных профилей интенсивности, рассматриваемых под двумя разными углами (см. Ролик 3, доступный на stacks.iop.org/NJP/15/075012/mmedia).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

В то время как наша комбинированная модель пучков нестационарного фототока и BG качественно воссоздает экспериментальные данные, существует существенное разногласие относительно формы и размера профиля перетяжки пучка.Как было показано в предыдущих разделах, у нас есть лоренцевский профиль в перетяжке балки. Обработка здесь предсказывает гауссов профиль, как показано на рисунке 7 (h). Кроме того, значение FWHM для этой модели примерно вдвое больше, чем в нашем эксперименте. Мы полагаем, что расхождение заключается в выбранной для модели фототока физической длине генерируемой плазмы. В данном случае мы выбрали длину 2 l _d , чтобы максимизировать поведение, похожее на пончик, и минимизировать излучение в прямом направлении.На практике ожидается, что длина нашей экспериментальной плазмы будет отличаться от этого значения, что должно привести к комбинации излучения типа пончика, а также компонента излучения в прямом направлении. Слабое затенение внутри бублика на рис. 2 (а) указывает на это прямое излучение, но не является окончательным. Как показано в разделе 4, его присутствие может не интуитивно повлиять на профиль пучка, что полностью игнорируется в нашем моделировании. Кроме того, в нашей одномерной модели не учитывалась физическая ширина плазменной нити.Это также может объяснить расхождение из-за интерференции из разных физических мест в плазме. Относительный вклад этих эффектов все еще исследуется.

В заключение мы продемонстрировали, что большой объем важной информации может быть получен из полной трехмерной характеристики профиля пучка ТГц излучения, испускаемого фемтосекундной двухцветной плазмой. В то время как простое сканирование с острым лезвием по профилю луча в фокальной плоскости позволило бы выявить хорошо сфокусированное ТГц пятно, бубликоподобный полный профиль луча вдали от фокальной области далек от простого, и нелинейный эксперимент, такой как z- Для правильной интерпретации сканирование потребует точной информации о полном профиле луча.

Интригующая комбинация нелинейного оптического отклика плазмы и кратковременных фототоков в плазме, вызванных асимметрией оптического поля, приводит к испусканию конического пучка ТГц излучения, которое может быть сфокусировано обратно в центральное пятно, определяемое здесь. иметь лоренцево сечение. Это поперечное сечение обусловлено частотно-зависимым размером сфокусированного пятна, предполагаемым с учетом частотно-зависимого фазового сдвига Гуи в фокальной области.

Переход от кольцевого профиля пучка к центральному пику можно объяснить с точки зрения распространения пучка BG.Представленная здесь комбинированная модель нестационарного генерации фототока и модель распространения ГЗ, качественно описывающая трехмерные экспериментальные профили, показанные в разделе 3, далеко не окончательная. Чтобы полностью проверить эту интерпретацию, необходимо измерить одночастотные профили, которые соответствуют прогнозируемым профилям на рисунке 7, и эта проверка все еще продолжается. Однако применимость формализма матрицы ABCD к распространению BG через оптические системы и его потенциальное использование при проектировании систем является сильной мотивацией для продолжения этого исследования.

Мы благодарим за финансовую поддержку Датский совет по независимым исследованиям (проект FTP HI-TERA), Фонд Карлсберга и Фонд Херстеда. ACS благодарит доктора Дамиана Н. Шимпфа за плодотворные обсуждения балок BG.

Границы | На пути к скорректированной реконструкции по острию ножа сильно сфокусированных лучей более высокого порядка

1 Введение

Параксиально распространяющийся линейно поляризованный основной гауссов пучок претерпевает при фокусировке с высокой числовой апертурой удлинение его фокального пятна вдоль оси поляризации входного сигнала. балка [1–3].Напротив, радиально и азимутально поляризованные лучи все еще симметричны по отношению к их распределению электрического и магнитного поля при сильной фокусировке. Тем не менее, у обоих случаев есть общая черта: при непараксиальном распространении в распределениях поля наблюдается значительный вклад продольных компонент поля, которые в случае радиальной поляризации достигают максимума на оптической оси [2, 4, 5]. Параксиальная радиально поляризованная мода может быть разложена на две ортогонально поляризованные моды Эрмита-Гаусса (HG): мода HG ₁₀ с поляризацией x и мода HG ₀₁ с поляризацией y .Напротив, мода с азимутальной поляризацией представляет собой суперпозицию моды HG ₁₀ с поляризацией y и моды HG ₀₁ с поляризацией x . Подобно линейно поляризованным гауссовым лучам, жесткая фокусировка этих линейно поляризованных составляющих также приводит к нарушению симметрии фокального пятна. Из-за богатой структуры фокального пятна, достигаемой различными методами полевой инженерии, точное измерение таких сложных векторных полей является довольно сложной задачей.Тем не менее крайне важно экспериментально проанализировать и профилировать сильно сфокусированные векторные пучки в реальной установке, прежде чем использовать их для экспериментов в нанооптике или плазмонике (см., Например, [6–10] и др.).

В литературе описаны многие методы определения характеристик пучка, такие как так называемый острие [11–14], метод точечного сканирования [15], сканирование частиц [16] или метод щелевых отверстий [17], чтобы просто назвать несколько. В остром методе блок луча, образованный острой кромкой из непрозрачного материала (такого как нож или лезвие бритвы), сканируется по линии через луч, перпендикулярный его оптической оси, в то время как передаваемая мощность контролируется с помощью детектор для нескольких направлений сканирования.Из полученных кривых фототока (мощность в зависимости от положения края относительно луча) можно томографически восстановить так называемые проекции луча на линию сканирования и, наконец, форму луча [2, 5].

В более позднем исследовании были систематически изучены лезвия, сделанные из чистых материалов (металлов, полупроводников и т. Д.), И наблюдались поляризационно-зависимые эффекты в методе профилирования лезвия лезвия [18]. Эти эффекты приводят к сдвигу и деформации измеренных выступов и зависят от поляризации и длины волны входящего луча, а также материалов образцов с острым лезвием.Из-за вышеупомянутых искажений, вносимых лезвиями из чистых материалов, правильная реконструкция исследуемого пучка с использованием стандартного метода оценки представляется невозможной. Но недавно мы продемонстрировали, что взаимодействие между острием ножа и сильно сфокусированным линейно поляризованным фундаментальным гауссовым пучком можно понять с точки зрения моментов пучка (профиль пучка, умноженный на полином) и, следовательно, адаптированную реконструкцию пучка и подгонку В этом случае можно успешно применить технику [19].

Целью исследования, представленного в этой статье, является расширение ранее обсуждавшегося метода путем применения знаний, уже полученных для линейно поляризованных основных гауссовых пучков [18, 19], и разработки адаптированного метода реконструкции острия лезвия для сильно сфокусированных линейных пучков. поляризованные пучки Эрмита-Гаусса первого порядка [20], которые являются составными частями радиально и азимутально поляризованных пучков.

2 Теоретические соображения

2.1 Основы метода лезвия ножа

Принцип метода лезвия лезвия показан на рисунке 1.По экспериментальным причинам мы рассматриваем здесь профилирование луча двумя смежными краями единой металлической ножевой накладки прямоугольной формы. Фототок, генерируемый внутри фотодиода, пропорционален мощности P , обнаруженной фотодиодом, и регистрируется для каждого положения луча x0 относительно острия

P = P0∫ − ∞∞dy∫ − ∞0I (x + x0 , y, z = 0) dx, (1)

где P0 — коэффициент пропорциональности, а I — напряженность электрического поля. В традиционном методе острия ножа производная ∂P / ∂x0 кривой фототока относительно положения луча x0 восстанавливает проекцию интенсивности на плоскость xz при z = 0 (проекция на плоскость x -ось) [11].На следующем этапе двумерное распределение напряженности электрического поля может быть восстановлено из проекций, измеренных вдоль различных направлений, с использованием обратного преобразования Радона, если можно пренебречь поляризационно-зависимыми эффектами [2, 5].

РИСУНОК 1 . Схематическое изображение ножевого метода xz- , плоскость (A) и xy — плоскость (B) . Состояние поляризации всегда относится к ориентации электрического поля входящего луча относительно лезвия в плоскости xy .Типичные данные профилирования пучка (кривые фототока) (C) и их производные (проекции пучка) (D) для линейно поляризованного гауссова пучка (ориентированного под 45 ° (общий сигнал) — серый, с -поляризация — красный, p -поляризация — синий).

В этом контексте следует упомянуть, что термин «интенсивность» обычно относится к общей плотности электрической энергии и в то же время к z -компоненте вектора Пойнтинга S, потому что они пропорциональны друг другу в предел параксиальных световых пучков.В случае сильно сфокусированных световых лучей (непараксиальное распространение) электрические поля могут иметь сильные продольные компоненты электрического поля, что приводит к различным распределениям | E (x, y) | 2 и Sz (x, y). Было показано, что интегральное уравнение. 1, заимствованный из традиционного метода острия, позволяет реконструировать профиль пучка с точки зрения распределения плотности его полной электрической энергии | E (x, y) | 2 также в случае сильно сфокусированных векторных пучков при использовании специальных материалов кромок, толщины и выбираются определенные длины волн [2].Тем не менее, с чистыми острыми материалами разной толщины и для разных длин волн входящего луча восстановленные проекции не соответствуют ожидаемым проекциям распределений плотности электрической энергии, поскольку они выглядят сильно искаженными [18].

Чтобы лучше понять эти сдвиги и искажения в измеренных проекциях, мы начнем с основного гауссова пучка, электрическое поле которого ориентировано под углом 45 ° к острию ножа. С поляризатором перед фокусирующим объективом, ориентированным либо перпендикулярно, либо параллельно острию ножа, падающий луч может быть разложен на его линейно поляризованные составляющие, при этом электрическое поле входящего луча будет либо перпендикулярным ( s ), либо параллельным ( p ) до острия, см. Рисунки 1A, B.Кривую фототока можно записать для каждой ориентации поляризатора. Сумма этих двух кривых фототока должна привести к сигналу, записанному без поляризатора (общий сигнал), см. Рисунок 1C. Определение производной ∂P / ∂x0 кривых фототока по положению луча x0 должно восстановить ожидаемый профиль гауссова луча. Однако это не тот случай, как показано на рисунке 1D. Проекции гауссова пучка, электрическое поле которого ориентировано под углом 45 ° к кромке ножа, сильно искажены.На увеличенном изображении они демонстрируют две отчетливые доли. Однако при использовании поляризатора ситуация выглядит иначе: каждая линейная составляющая в принципе сохраняет свою гауссову форму, и могут быть обнаружены только меньшие искажения. Тем не менее, становится очевидным, что выступы s и p смещены (ds ≠ dp ≠ d0 с d0 шириной металлической площадки (см. Рисунок 1A)) и деформируются асимметрично, что также вызывает отклонения в диаметрах извлеченных пучков. ws и wp (см. рисунок 1D).Вышеупомянутые эффекты вызваны тем, что лезвие не только блокирует луч при строчной развертке, но также плазмонно возбуждается лучом (если площадка сделана из металла). Кроме того, поток мощности через острие ножа зависит от поляризации и пропорционален значению проекции плотности электрической энергии на край [18, 21]. Очевидно, что если не учитывать эти эффекты, стандартная схема не будет работать без поправок, если не будут тщательно подобраны параметры «острие лезвия» [1].Здесь стоит отметить, что при реконструкции световых пучков диаметром больше нескольких длин волн такими эффектами можно пренебречь, так как искажения намного меньше проекции пучка.

Особый интерес для этой статьи теперь представляет вопрос о том, как пучки более высокого порядка (первого порядка) ведут себя в контексте предыдущего обсуждения, см. Рис. 2. Подобно повернутому линейно поляризованному гауссовскому пучку, радиально поляризованный пучок представляет собой суперпозицию двух ортогонально поляризованные моды ( x -пол.HG ₁₀ , y -пол. HG ₀₁ ). Аналогичным образом, азимутально поляризованный луч представляет собой суперпозицию двух линейно поляризованных составляющих ( y -пол. HG ₁₀ , x -пол. HG ₀₁ ). В случае сильно сфокусированных цилиндрических векторных лучей восстановленные общие проекции луча будут сильно изменены, если их линейно поляризованные составляющие будут сдвинуты и искажены, см. Рисунки 2A, B. Поэтому важно исследовать, можно ли описать искажения, наблюдаемые в этих линейно поляризованных составляющих первого порядка, с использованием аналогичных параметров ds и dp, как в случае основного линейно поляризованного гауссова пучка [18].Кроме того, очень важно изучить, коррелируют ли видимые сдвиги ds, dp прогнозов с ранее исследованным случаем. Кроме того, мы также обсуждаем применимость адаптированного метода реконструкции, недавно обсуждавшегося и представленного для сильно сфокусированных фундаментальных гауссовых пучков [19] для случая лезвий, сделанных из чистых материалов, в отличие от исследований, представленных ранее [1], где очень Для лезвий нужно было выбрать специальные параметры.

РИСУНОК 2 .Типичные производные данных профилирования пучка (кривые фототока) для азимутально (A) и радиально (B) поляризованных пучков (серый) и их линейных составляющих ( s -поляризация — красный, p -поляризация — синий) .

2.2 Аппроксимация векторных лучей с помощью параксиальных режимов

Мы начинаем с обсуждения основных функций, которые были бы наиболее подходящими для дальнейшего развития адаптированной техники острия. Точное описание сильно сфокусированных лучей возможно либо с помощью векторной теории дифракции, ведущей к численному вычислению дифракционных интегралов, см., Например, [3, 4], либо с помощью так называемого подхода комплексного источника, который позволяет аналитическое описание сильно сфокусированные поля [22, 23].Недостатком обоих подходов является их сложность, что делает их непригодными для разработки адаптированной техники острия лезвия. Наша цель здесь — использовать ортогональный набор аналитических функций, которого было бы достаточно для приближенного описания высокофокусированных полей. Компоненты электрического (и магнитного) поля, которые являются решениями уравнений Максвелла, могут быть выражены через две независимые функции f1 (r) ( x -поляризованный) и f2 (r) ( y -поляризованный) параксиального волнового уравнения. [24]:

Ex = f1 (r) + 14k2 [∂2f1 (r) ∂x2 + ∂2f1 (r) ∂y2] + 12k2∂2f2 (r) ∂x∂y, Ey = f2 (r) −14k2 [ ∂2f2 (r) ∂x2 + ∂2f2 (r) ∂y2] + 12k2∂2f1 (r) ∂x∂y, Ez = ik [∂f1 (r) ∂x + ∂f2 (r) ∂y], (2)

Мы можем еще больше упростить эти выражения, оставив только главные члены в f1 (r) и f2 (r), i.е., мы опускаем вторые производные из выражений Eq. 2, в случае появления производной более низкого порядка. Это возможно благодаря тому, что вторые производные имеют порядок 1 / k2l02, где l0 — некоторая характерная длина. Затем мы идентифицируем функции f1 (r) и f2 (r) как поляризованные составляющие падающего луча x и y . Кроме того, мы вводим так называемые элегантные моды HG [26] следующим образом:

f1,2 (m, n) (r) = σ (m + n) / 2 + 1Hm (xσ) Hn (yσ) exp [ikz− σ2 (x2 + y2) −i (1 + m + n2) arctanξ], (3)

с

σ = 1ω01 + iξ, ξ = z / z0, z0 = kω02 / 2, (4)

и ω0 луч ширина.Здесь следует отметить, что хотя отдельные моды Эрмита-Гаусса не являются точными решениями уравнений Максвелла, поправки могут быть найдены и выражены в виде бесконечной суммы в соответствии с методом Лакса и др. [25]. Они могут быть связаны со сложными вихрями [23]. Основным преимуществом использования элегантной версии мод Эрмита-Гаусса перед стандартными модами является следующее полезное соотношение [26]:

f1,2 (m, n) (r) = ∂m + nf1,2 (0,0) ( r) ∂xm∂yn, (5)

, что значительно упрощает дальнейшее рассмотрение и позволяет переписать уравнение.2 как

Ex (r) = ∑m = m1m2∑n = n1n2am, nf1 (m, n) (r) + 12k2∑m = m3m4∑n = n3n4bm, nf2 (m + 1, n + 1) (r) , Ey (r) = 12k2∑m = m1m2∑n = n1n2am, nf1 (m + 1, n + 1) (r) + ∑m = m3m4∑n = n3n4bm, nf2 (m, n) (r), Ez (r) = ik∑m = m1m2∑n = n1n2am, nf1 (m + 1, n) (r) + ik∑m = m3m4∑n = n3n4bm, nf2 (m, n + 1) (r), (6 )

, где коэффициенты разложения am, n и bm, n однозначно описывают сильно сфокусированное поле и его линейно поляризованные составляющие. Аналогичным образом мы можем выразить проекции плотностей энергии электрического поля s — или p -поляризованные проекции произвольных лучей в фокальной плоскости.Мы умножаем уравнение. 6 с его комплексным сопряжением и интегрировать по оси y , так что индексы n исчезнут из суммы Eq. 6. Таким образом, мы приходим к следующим выражениям для p — и s -поляризованных проекций,

UE, x (x) = ∑m1, m2Bm1, m2g1 (m1) (x) g1 (m2) (x ), UE, y (x) = ∑m1, m2Bm1, m2g2 (m1) (x) g2 (m2) (x), UE, z (x) = ∑m1, m2αm1, m2Bm1, m2g1 (m1 + 1) ( x) g1 (m2 + 1) (x), (7)

где Bm1, m2 — неизвестные, описывающие профили интенсивности, функции g1,2 (m) — проекции HG-мод f1,2 (m, n) на xz- плоскость и αm1, m2 — коэффициенты, которые корректируют амплитуды z -компонент в уравнении.6. Их нужно приобретать отдельно.

Теперь мы обсудим азимутально и радиально поляризованный пучок и их линейные составляющие более подробно. Параксиальный радиально поляризованный луч представляет собой суперпозицию двух ортогональных HG-мод, x-поляризованной f1 (1,0) и y-поляризованной f2 (0,1) моды, тогда как параксиальный азимутально поляризованный луч получается суперпозицией y-поляризованная мода f2 (1,0) и x-поляризованная мода f1 (0,1). В условиях жесткой фокусировки каждая HG-мода изменяется и появляются новые компоненты электрического поля, которые можно описать с помощью уравнения.2. Однако мы ограничимся здесь приближениями уравнения (2). 6, который мы используем для определения формы выступов в виде уравнения. 7. Сравним теперь прогнозы, которые мы выводим с помощью уравнения. 7, с проекциями, рассчитанными с помощью интегралов Ричардса-Вольфа [3] для случаев, обсуждаемых в экспериментальной части. В качестве доказательства концепции мы демонстрируем процедуру подбора для одной конкретной длины волны и для нескольких проекций входных лучей Эрмита-Гаусса на рисунке 3, где мы используем в качестве критерия сходимости то, что параксиальный луч перекрывается с центральной частью получили точные прогнозы.Таким образом, центральная часть поляризованной проекции p пучка HG ₁₀ ( y -поляризованная мода HG ₁₀ ) была аппроксимирована параксиальной функцией пучка из уравнения. 7. Результат процедуры подгонки показан на Рисунке 3A. Видно, что параксиальная модель достаточно хорошо описывает -компоненту y . Центральная часть s -поляризованной проекции луча HG ₁₀ ( x -поляризованная HG ₁₀ ) также была приспособлена с использованием вышеупомянутых параксиальных функций луча, см. Рисунки 3B, C.Здесь мы видим, что -компонента x может быть аппроксимирована хорошо, тогда как -компонента z показывает незначительные расхождения относительно параксиальной функции. Наконец, мы приспособили поляризованную проекцию s — и p пучка HG ₀₁ ( x -, y — поляризованный HG ₀₁ ), используя функции параксиального пучка из уравнения. 7. Результаты, представленные на рисунках 3D, E, еще раз подтверждают правильность выбранного приближения.

РИСУНОК 3 . Сравнение рассчитанных компонент проекций плотности энергии электрического поля между приближением (параксиальная теория, красный цвет) и точно рассчитанными проекциями с использованием интегралов Ричардса-Вольфа (векторная теория дифракции (Дебай), черный цвет). Длина волны λ = 700 нм, числовая апертура (NA) 0.9, фокусное расстояние f = 2.0 мм, ширина луча HG-мод на входном зрачке w0 = 1.74 мм. Индексы для мод Эрмита-Гаусса показаны на графиках.

2.3 Поправки к схеме реконструкции на основе лезвия ножа для режимов первого порядка

В нашей предыдущей работе [19] мы представили численный метод коррекции артефактов при профилировании линейно поляризованных основных гауссовых пучков, которые вводятся взаимодействие острия ножа со сфокусированным световым полем [21]. Этот подход, наконец, позволяет использовать любой непрозрачный материал в качестве материала острой кромки лезвия. Здесь мы обсудим обобщение этого численного метода, которое также позволит корректировать артефакты, наблюдаемые при профилировании луча s — и p -поляризованных проекций напряженности электрического поля, которые могут быть представлены с помощью уравнения.7. Для этого мы начинаем обсуждение с небольшого экскурса, описывающего взаимодействие света и вещества между сфокусированным световым лучом и острием ножа, когда оно регистрируется детектором, см. Уравнение. 1.

Во-первых, интегрирование в уравнении. 1 по оси y уменьшает размерность плотности энергии электрического поля. Следовательно, профилирование пучка такого типа приводит не к восстановлению непосредственно распределения напряженности электрического поля I , а к его проекции UE на плоскость xz-.Таким образом, собственные моды острой задачи состоят из двух независимых классов: поперечных электрических (в наших обозначениях p -поляризованных) и поперечных магнитных ( s -поляризованных) мод. Проекция плотности энергии электрического поля, т. Е. UE в случае поляризации p , имеет отличную от нуля составляющую UE, y, параллельную кромке ножа, и составляющую UE, z z , неразличимую по форме. от UE, y из-за симметрии уравнения. 7. Режимы s имеют две отличные от нуля составляющие проекции UE, где основная составляющая UE, x перпендикулярна ( s -поляризация) острию ножа [18, 27, 28].(kx) — спектральное представление оператора ножевого взаимодействия, зависящего от поляризации.

Физический смысл уравнения. 8 следующее. Первый член в сумме (n = 1) является результатом локальной реакции острия ножа на компоненты поляризованного электрического поля s или p , и он в основном связан с оператором трансляции UE ( x + dx) ≈UE (x) + dx∂UE (x) / ∂x. Действительно, если мы возьмем либо проекцию s -поляризованных составляющих радиально поляризованного луча (см.7) или p -поляризованные составляющие азимутально поляризованного луча и построить результирующие профили луча для различных значений C1, мы получим профиль, который смещен в кромку ножа или от него, см. Рисунки 4A, B. . По мере увеличения коэффициента расширения C1 в результирующем профиле могут наблюдаться такие артефакты, как отрицательные значения и искажения UE. Отметим, что коэффициенты Cn специфичны, и они должны быть получены либо экспериментально [19], либо численно из аналитической модели [18, 21].

РИСУНОК 4 . Зависимость рассчитанных проекций пучка (A), x- и (B) y- поляризованных мод HG ₁₀ от коэффициентов C1 согласно формуле. 9 для реакции на местное электрическое поле.

Подставим теперь выражения из уравнения. 7 в уравнение. 8 и получаем для s — и p -проекции

∂PP0∂x0 = ∑m1, m2Bm1, m2 [Gm1, m2 (s, p) + ∑n = 1∞∑l = 0nCnn! L! (N −l)! Gm1 + 1, m2 + n − l (s, p)], (9)

где

Gm1, m2 (p) = g2 (m1) (x) g2 (m2) (x), Gm1, m2 (s) = g1 (m1) (x) g1 (m2) (x) + αm1, m2g1 (m1 + 1) (x) g1 (m2 + 1) (x).(10)

Недавно мы показали, что для функций с гауссовыми огибающими достаточно производных до четвертого порядка [19]. Таким образом, внутренняя сумма в уравнении. 9 содержит до 14 различных комбинаций полиномов HG для одного неизвестного Bm1, m2. Примечательно, что при выборе нижних пределов индексов m1 и m2 алгоритм подгонки становится более надежным, однако в результате также снижается точность. Тем не менее, если коэффициенты Cn были определены численно или экспериментально, алгоритм все равно можно использовать для реконструкции луча.

3 Экспериментальные результаты и адаптированный алгоритм подгонки

В следующем разделе мы кратко обсудим экспериментальную установку, принцип измерения и исследуемый образец с острием лезвия. Подробное обсуждение экспериментальной концепции было введено ранее в работах [1,96]. 18 и 21. Эксперименты проводились на длинах волн от 535 до 700 нм с использованием перестраиваемой лазерной системы от TOPTICA. Излучаемый лазерный луч вводится в одномодовое фотонно-кристаллическое волокно (ФКВ) для получения гауссова профиля луча.После коллимации этот линейно поляризованный гауссов пучок преобразуется в режим радиальной или азимутальной поляризации с помощью жидкокристаллического преобразователя поляризации (LCPC) (см. Рисунок 5A) [29]. После этого луч фильтруется пространственным фильтром Фурье (FSF), состоящим из двух линз и микроотверстия для достижения высокого качества моды. Результирующий луч направляется в объектив микроскопа с высокой числовой апертурой с помощью набора зеркал и фокусируется на образце с острым лезвием. Для измерений с основными поляризованными x и y линейными составляющими радиально или азимутально поляризованных мод перед объективом используется линейный поляризатор.Режущие кромки сканируются через фокальное пятно с помощью пьезостаджа, а мощность светового луча, который не блокируется режущей кромкой, определяется фотодиодом, расположенным непосредственно под ним. Таким образом измеряются проекции профиля пучка, как уже обсуждалось в разделе 2.1. Для измерений на коммерческих кремниевых (Si) фотодиодах в качестве подложки изготавливаются лезвия из золота толщиной h = 70 нм и шириной d0 = 3 мкм (± 50 нм) (см. Рисунок 5B). Подобные образцы использовались и обсуждались уже в [5].21.

РИСУНОК 5 . Схематическое изображение экспериментальной установки (A) (P, поляризатор; LCPC, жидкокристаллический преобразователь поляризации; FSF, пространственный фильтр Фурье; MO, объектив микроскопа), СЭМ-изображение использованного образца с острым лезвием (B) ( золото толщиной h = 70 нм и шириной d0≈ 3 мкм, изготовленное на кремниевом фотодиоде).

Мы начинаем обсуждение наших экспериментальных результатов с демонстрации внешнего вида вышеупомянутых артефактов при профилировании луча радиально и азимутально поляризованного луча и их линейно поляризованных составляющих на двух разных длинах волн, см. Рисунки 6A, B.Во всех случаях можно заметить влияние длины волны на форму и относительное положение проекций измеряемого пучка. В то время как для длины волны λ = 535 нм форма поляризованной линейной составляющей p азимутально поляризованного луча, по-видимому, в достаточной степени сохраняется, см. Рисунок 6A, дальнейший анализ показывает смещение профиля в сторону острия и значительно изменена ширина луча. Проекция поляризованной составляющей s в этом случае имеет гауссову форму, однако ее ширина также изменена, а ее центр смещен от острия.Это поведение сопоставимо с артефактами, наблюдаемыми при профилировании линейно поляризованных основных гауссовых пучков [18], как было недавно показано. В то время как проекция поляризованной составляющей p радиально поляризованного луча смещена на острие лезвия, проекция s -поляризованной составляющей радиально поляризованного луча сильно изменяется во всех случаях (рис. 6A, B). Мы обнаружили, что вклад z -компоненты электрического поля в измеренный профиль пучка в последнем случае намного меньше, чем ожидалось, поскольку восстановленная мода HG ₁₀ показывает минимум, достигающий почти нуля.Следовательно, наблюдаемый профиль более типичен для линейно поляризованной составляющей азимутального пучка, чем для радиально поляризованного пучка. Проекция поляризованной составляющей p азимутально поляризованного луча не только испытывает относительные сдвиги (см. Рисунок 6B), но и можно заметить отрицательные значения кривой проекции в центре луча. Это открытие особенно удивительно, учитывая тот факт, что мода HG ₁₀ с поляризацией p не имеет компоненты z в центре луча.Здесь следует отметить, что в отличие от реального распределения плотности энергии напряженности электрического поля луча света, прогнозируемые интенсивности могут достигать значений ниже нуля.

РИСУНОК 6 . Экспериментально измеренные проекции радиально и азимутально поляризованных лучей (черный) и их линейных s -, p — поляризованных составляющих (красный, синий) для (A) λ = 535 нм, (B) λ = 633 нм. Точность определения фактического положения выступов относительно острия ограничена ошибкой измерения ширины d0 острия в СЭМ.

В качестве следующего шага мы извлекли определенные точки из проекций всех линейно поляризованных составляющих, обозначенных на рисунках 1 и 2 красными и синими вертикальными линиями соответственно, чтобы определить смещение проекций ds и dp от ножа. края систематическим образом. Мы обнаружили, в соответствии с теоретическими предсказаниями, что проекции s — и p -поляризованных составляющих радиально и азимутально поляризованных лучей испытывают аналогичные сдвиги их относительного положения относительно острия ножа, что указывает на то, что s -поляризованные выступы удаляются от лезвия, тогда как p -поляризованные выступы движутся в лезвие.Об аналогичных явлениях недавно сообщалось для линейно поляризованных гауссовых пучков, см. 21. Наконец, мы сравниваем измеренные относительные сдвиги ds-dp между s — и p -поляризованными проекциями линейно поляризованного гауссова луча и радиально и азимутально поляризованными лучами, см. Рисунок 7A. Как и ожидалось, их относительные сдвиги также сопоставимы друг с другом для разных длин волн, намекая на экспериментальную проверку коэффициентов Cn в формуле. 8. Как указывалось ранее, коэффициенты Cn зависят от конкретного образца с режущей кромкой и не зависят от формы пучка, который фактически профилируется, пока состояние поляризации является линейным.

РИСУНОК 7 . Экспериментально измеренный относительный сдвиг ds − dp для линейно, s — и p -поляризованных гауссовых пучков (черный) и для линейно s — и p -поляризованных составляющих радиально (красный) и азимутально (синий) поляризованные пучки для разных длин волн λ (A) . Сравнение между прогнозируемой интенсивностью (PI) z -компонента электрического поля в центре измеряемого луча (эксперимент) и численно полученными значениями из теории векторной дифракции [3] (B) .

На следующем этапе мы сравниваем измеренные интенсивности для z-компоненты электрического поля проектируемых линейных составляющих в определенных точках (см. Рисунок 2) с полученными численно из интегралов Дебая [3], см. Рисунок 7B. Во всех случаях мы нормализовали интенсивность на оси в точке z = 0 до максимального значения s — и p — поляризованных мод HG ₁₀ . Мы замечаем, что традиционно реконструированная линейная составляющая радиально поляризованного пучка имеет интенсивность на оси, которая во много раз меньше, чем численно ожидается.Для одной конкретной длины волны осевая интенсивность достигает 20% от максимального значения, что почти в три раза меньше, чем можно было бы ожидать при численном моделировании. На длине волны λ = 700 нм наблюдаются отрицательные значения проецируемых осевых интенсивностей. То же самое наблюдается для всех длин волн для восстановленных проекций моды HG ₁₀ в случае азимутальной поляризации. Во всех случаях наши экспериментальные наблюдения соответствуют нашим ожиданиям из предыдущих разделов.

На основании анзаца, предложенного в формуле. 9, мы реализовали алгоритм подбора наименьших квадратов в качестве доказательства концепции, где мы ограничились до четвертой производной проекции плотности энергии электрического поля UE (x0) и использовали рассчитанные ширины пучка из теории Дебая в качестве фиксированный параметр. Для простоты мы использовали приближения из уравнения. 7 для компонентов s — и p -поляризованных пучков в плоскости проекции. Кроме того, реальное положение острия было предопределено перед подгонкой, чтобы уменьшить количество свободных параметров в подпрограмме подгонки и зафиксировать систему координат.Для этой цели мы экспериментально измеряем расстояния d0 между обоими краями с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), находим центр xc между пиковыми значениями обоих выступов за одно сканирование и, наконец, устанавливаем фактические положения обоих лезвий, которые должны быть на xc ± d0 / 2. Пример такой процедуры подбора представлен на рисунке 8 для s — и p -поляризованных составляющих радиально и азимутально поляризованных лучей на длинах волн 535 и 700 нм. Оказывается, что для всех исследованных длин волн от 535 до 700 нм, при одновременном обеспечении ds = dp = d0, алгоритм подгонки успешно приблизился к реалистичным проекциям луча, что привело к хорошему совпадению теоретических ожиданий от векторной теории дифракции и реконструированного луча. профили.

РИСУНОК 8 . Изображение адаптированного метода острия для линейных составляющих сильно сфокусированных радиально (A, C) и азимутально (B, D) поляризованных лучей. Производные экспериментально измеренных фототоков (серые кружки) и аппроксимированная кривая (черная) с профилем пучка (красный) показаны вместе с ее первыми четырьмя производными при λ = 535 нм (A, B) и λ = 700 нм. (С, Д) . Состояния поляризации: s (первая строка) и p (вторая строка).

Наконец, мы использовали эти успешно сходящиеся итерации для численного определения коэффициентов Cn в уравнении. 9 для каждой длины волны, которые мы использовали в наших экспериментах. Такое численное определение параметров острия значительно сокращает количество неизвестных в алгоритме реконструкции и дает нам возможность численно реконструировать радиально и азимутально поляризованные лучи напрямую без необходимости использования поляризатора перед фокусирующим объективом для разделения линейно поляризованных лучей. составляющие.Пример таких реконструированных численно проекций плотности электрического поля представлен на рисунке 9 на длинах волн 535 и 633 нм. Как видно, искажения, наблюдаемые при простой реализации метода острия, исчезли после реализации адаптированного алгоритма подгонки.

РИСУНОК 9 . Изображение адаптированного метода острия для сильно сфокусированных радиально и азимутально поляризованных лучей. Экспериментально измеренные проекции радиально и азимутально поляризованных лучей (черный) и их восстановленные профили луча (красный) для (A), λ = 535 нм, (B), λ = 633 нм.

В конце мы хотели бы подчеркнуть, что реализация алгоритма подогнанного острия лезвия выполняет дополнительное сглаживание некоторых числовых артефактов мелкого масштаба. Это может произойти из-за того, что балки в нашем основании идеальны и симметричны по форме. Можно утверждать, что, аппроксимируя луч как комбинацию мод Эрмита-Гаусса, алгоритм восстанавливает только «идеальные» формы луча. Кроме того, если этот метод применяется к балке неправильной формы, он может полностью удалить неровности и искусственно реконструировать ее в балку «идеальной» формы.Это естественный результат, учитывая тот факт, что пучки здесь очень сильно сфокусированы, а численно наблюдаемые неоднородности имеют очень высокие поперечные волновые векторы, что потребовало бы введения исчезающих полей Эрмита-Гаусса для их описания. Однако мы хотели бы отметить, что уравнение. 8 может быть переписан без реализации полиномов Эрмита-Гаусса, и весь адаптированный алгоритм обрезки кромок может быть реализован как система линейных уравнений для нескольких смежных координат x .Эта реализация даст менее гладкие кривые, чем те, которые мы наблюдаем на рисунках 8 и 9.

4 Заключение

В заключение, мы проанализировали производительность метода острия лезвия для чистых материалов применительно к линейно поляризованным модам Эрмита-Гаусса первого порядка, которые являются составляющими радиально и азимутально поляризованных пучков. Для коррекции наблюдаемых изменений в этих измерениях на острие ножа мы представили простой и простой в реализации метод, основанный на адаптированной схеме восстановления на острие ножа.Таким образом, мы можем восстановить проекции пучка линейно поляризованных мод Эрмита-Гаусса, для которых можно скорректировать сдвиги и деформации восстановленных проекций, наблюдаемые при обычных измерениях на острие лезвия.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.

Вклад авторов

Идея принадлежит SO и PB. СО разработала теоретическую основу и проанализировала теоретические данные.CH и PM провели эксперименты и проанализировали экспериментальные данные. ПБ и ГЛ курировали проект. Все авторы в равной степени внесли свой вклад в рукопись.

Финансирование

SO признает получение финансирования Европейским социальным фондом в соответствии с деятельностью «Повышение квалификации исследователей» путем реализации научно-исследовательских проектов мирового уровня согласно Мере № 09.3.3-LMT-K-712.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Стефана Мальцера, Изабель Гесснер, Ольгу Русину и Ирину Хардер за их ценную поддержку при подготовке образцов. Эта рукопись была выпущена в виде препринта на сервере предварительной печати arXiv (С. Орлов и др., ArXiv: 1610.08643 [Physics.optics]).

Ссылки

1. Quabis S, Dorn R, Eberler M, Glöckl O, Leuchs G. Сосредоточение света на более узком месте. Optic Commun (2000) 179: 1–7. doi: 10.1016 / s0030-4018 (99) 00729-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

2.Дорн Р., Куабис С., Лейкс Г. Фокус световой линейной поляризации нарушает вращательную симметрию фокального пятна. J Mod Optic (2003) 50: 1917–26. doi: 10.1080 / 09500340308235246

CrossRef Полный текст | Google Scholar

3. Ричардс Б., Вольф Э. Электромагнитная дифракция в оптических системах. II. Структура поля изображения в апланатической системе. Proc R Soc A (1959) 253: 358–79. doi: 10.1098 / rspa.1959.0200

CrossRef Полный текст | Google Scholar

6.Киндлер Дж., Бэнзер П., Квабис С., Пешель У., Лейкс Г. Волноводные свойства дырок с одной субволновой длиной, продемонстрированные радиально и азимутально поляризованным светом. Appl Phys B (2007) 89: 517–20. doi: 10.1007 / s00340-007-2874-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

7. Цюхнер Т., Фаилла А.В., Хартшу А., Мейкснер А.Дж. Новый подход к обнаружению и описанию диаграмм рассеяния отдельных наночастиц Au с помощью конфокальной микроскопии. J Microsc (2008) 229: 337–43.doi: 10.1111 / j.1365-2818.2008.01910.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

8. Банцер П., Киндлер Дж., Квабис С., Пешель У., Лейкс Г. Необычайное пропускание через единственное коаксиальное отверстие в тонкой металлической пленке. Opt Express (2010) 18: 10896–904. doi: 10.1364 / oe.18.010896

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

9. Банцер П., Пешель У., Квабис С., Лейкс Г. Об экспериментальном исследовании электрического и магнитного отклика одной наноструктуры. Opt Express (2010) 18: 10905–23. doi: 10.1364 / oe.18.010905

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

10. Бауэр Т., Орлов С., Лейкс Г., Бэнзер П. К оптическому измерению в дальней зоне мультипольных вкладов высших порядков в реакцию рассеяния наночастиц. Appl Phys Lett (2015) 106: 0
. doi: 10.1063 / 1.4914117

CrossRef Полный текст | Google Scholar

13. де Араужу М.А., Сильва Р., де Лима Э., Перейра Д.П., де Оливейра ПК.Измерение радиуса гауссова лазерного луча методом острия: улучшение анализа данных. Appl Opt (2009) 48: 393–6. doi: 10.1364 / ao.48.000393

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

16. Бауэр Т., Орлов С., Пешель У., Банзер П., Лейкс Г. Наноинтерферометрическая реконструкция амплитуды и фазы сильно сфокусированных векторных пучков. Nat Photon (2013) 8: 23–7. doi: 10.1038 / nphoton.2013.289

CrossRef Полный текст | Google Scholar

18.Марченко П., Орлов С., Хубер С., Бансер П., Куабис С., Пешель Ю. и др. Взаимодействие сильно сфокусированных векторных лучей с металлическим острием. Opt Express (2011) 19: 7244–61. doi: 10.1364 / oe.19.007244

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

19. Хубер С., Орлов С., Бэнзер П., Лейкс Г. Поправки к схеме реконструкции сильно сфокусированных световых лучей на основе острия лезвия. Opt Express (2013) 21: 25069–76. doi: 10.1364 / oe.21.025069

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

20.Орлов С., Хубер С., Марченко П., Банцер П., Лейкс Г. Исправленная реконструкция сильно сфокусированных лучей более высокого порядка на основе лезвия ножа (2016). arXiv: 1610.08643.

Google Scholar

21. Хубер С., Орлов С., Банцер П., Лейкс Г. Влияние материала подложки на острие профилирования сильно сфокусированных световых лучей. Opt Express (2016) 24: 8214–27. doi: 10.1364 / oe.24.008214

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

22. Орлов С., Пешель У.Комплексный исходный луч: инструмент для аналитического описания сильно сфокусированных векторных лучей. Phys Rev A (2010) 82: 063820. doi: 10.1103 / Physreva.82.063820

CrossRef Полный текст | Google Scholar

24. Эриксон В.Л., Сингх С. Поляризационные свойства максвелло-гауссовых лазерных лучей. Phys Rev E (1994) 49: 5778–86. doi: 10.1103 / Physreve.49.5778

CrossRef Полный текст | Google Scholar

25. Лакс М., Луиселл WH, Макнайт В.Б. От Максвелла к параксиальной волновой оптике. Phys Rev A (1975) 11: 1365. doi: 10.1103 / Physreva.11.1365

CrossRef Полный текст | Google Scholar

26. Siegman AE. Лазеры . Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги (1986). 1322 с.

Google Scholar

27. Стурман Б., Подивилов Е., Горкунов М. Собственные моды для металл-диэлектрических светопропускающих наноструктур. Phys Rev B (2007) 76: 125104. doi: 10.1103 / Physrevb.76.125104

CrossRef Полный текст | Google Scholar

28.Коджабаш Э., Веронис Г., Миллер Д.А.Б., Фан С. Модальный анализ и связь в волноводах металл-изолятор-металл. Phys Rev B (2009) 79: 035120. doi: 10.1103 / PhysRevB.79.035120

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Профилирование субволнового терагерцового луча источника ТГц с помощью полностью оптического метода острия

Экспериментальная установка, использованная для демонстрации подхода OKE, показана на рис. 1a. Терагерцовые импульсы генерируются посредством оптического выпрямления в отдельно стоящем кристалле теллурида цинка (ZnTe) толщиной 20 мкм с разрезом <110>.Импульс ТГц регистрируется с помощью электрооптической выборки в кристалле ZnTe толщиной 3 мм с разрезом <110> в плоскости Фурье с использованием системы на основе параболического зеркала. Для характеристики суб-λ методом KE действительно важно обнаружить центральную часть пространственного преобразования Фурье исследуемой картины поля ¹⁸ (обратите внимание, что эта конфигурация отличается от стандартной установки в спектроскопических системах ТГц диапазона). Виртуальная лопатка на выходной грани кристалла генерации формируется УФ-фемтосекундными импульсами (λ = 400 нм, энергия фотонов 3.1 эВ), которые фотовозбуждают носители в зону проводимости полупроводника ZnTe в области острой формы лезвия, проецируемой системой телескопа (линзы L1 и L2 на рис.2), чтобы сформировать желаемую резкость и перетяжку пучка (пучок талия определяется как = 3 мм с помощью обычного измерения KE, т. е. выполняется путем перемещения физического лезвия для блокирования УФ-луча — в отсутствие кристалла генерации ZnTe — в плоскости генерации ТГц). Измерение OKE осуществляется путем перемещения физического металлического лезвия перед телескопом в направлении x ₀ , которое контролирует положение границы индуцированного оптическими сигналами проводящего слоя, виртуального лезвия ножа, на поверхности кристалла.

Рисунок 1

Измерение OKE на источнике ТГц.

(a) Экспериментальная установка (BS: светоделитель, OD: оптическая задержка, BF: полосовой фильтр, POFM: параболическое внеосевое зеркало, L1 и L2: линзы, S: кремний, WP: призма Волластона). (б) Свободные носители, индуцированные УФ-импульсами в области в форме лезвия.

Рисунок 2

Временной контроль техники OKE.

(Красный) Пиковое ТГц поле в зависимости от задержки t _{накачка, uv} между УФ-импульсом накачки и ТГц импульсом (для положительных значений УФ-накачка падает на образец до ТГц импульса).На вставке тот же график представлен в гораздо большем окне t _{pump, uv} , выделяя типичное время рекомбинации носителей в масштабе 100 пс. Темно-серым цветом показана простая оценка (экспоненциального) затухания по затуханию поля. Стрелки на графике указывают задержки, с которыми было выполнено измерение KE.

Временное управление техникой OKE

Предлагаемая методика OKE впервые продемонстрирована на источнике сверх-λ ТГц. На рисунке 2 показан зарегистрированный пик ТГц волны для поверхности ZnTe, накачанной УФ-излучением с плотностью энергии ≈ 330 мкДж / см ² , что соответствует энергии УФ-накачки 95 мкДж, выбранной для предотвращения оптического повреждения кристалла ZnTe при максимальном увеличении фото. — поколение перевозчиков.Красная кривая показывает поле пика ТГц в зависимости от задержки между УФ-накачкой и ТГц-импульсом, t _{накачка, UV} . Приближая фотовозбужденную область как металлический слой с крутыми стенками, темно-серый график показывает расчетное экспоненциальное затухание αd = ln ( A _R / A _S ), т. Е. произведение между эффективной толщиной слоя d и его коэффициентом затухания α, где A _R — опорное ТГц поле, а A _s — сигнал, обнаруженный после распространения через слой ¹⁹ .Максимальное затухание достигается при задержках, превышающих 6 пс, когда примерно 85% полной ТГц энергии отражается свободными носителями. На вставке поле пика, нанесенное до максимальной задержки 140 пс, подчеркивает время рекомбинации носителей в масштабе 100 пс, что соответствует возбуждению очень большой популяции фотоносителей в зоне проводимости.

Чтобы подчеркнуть влияние временной динамики несущей, измерения OKE были выполнены при нескольких задержках УФ накачки (t _{накачка, UV} = 1 пс, 3 пс, 5 пс, 6 пс, 7 пс, 8 пс, 10 пс. и 15 пс), обозначенные стрелками на рис.2. Наши экспериментальные результаты при каждой задержке накачки представлены на рис. 3. Набор данных, представленных на рис. 3а, иллюстрирует зависимость затухания ТГц излучения от энергии УФ накачки. Измерение OKE, выполненное для энергии УФ-накачки 95 мкДж, показано на рис. 3b, где мощность ТГц, полученная путем интеграла квадрата поля во времени, нанесена на график в зависимости от положения лопасти. Примечательно, что поскольку перетяжка пучка ТГц диапазона значительно превышает λ, OKE не вносит каких-либо значительных изменений в фазу поля ¹⁸ (т.е. форма волны просто масштабируется, когда луч ограничивается краем). Это также подчеркнуто на рис. 3c, где показаны измерения OKE с разрешением около частоты 1 ТГц (λ = 300 мкм), извлеченные как квадратный корень из спектральной плотности мощности ТГц на частоте 1 ТГц: кривая близко соответствует полученной от полного спектра при любой проверенной задержке.

Рис. 3 Результаты

OKE для источника сверх-λ ТГц.

(а) Пиковое поле ТГц в зависимости от задержки УФ-накачки при различных плотностях возбуждения. (б) ТГц мощность vs.положение лезвия. (c) Измерения OKE с разрешением 1 ТГц представлены как зависимость ТГц поля от положения лезвия. (d) Измерение OKE для задержки УФ-накачки 6 пс по сравнению с перетяжкой пучка оптической накачки. На вставке — восстановленная пространственно-временная карта.

Пространственно-временная реконструкция ТГц поля E _THz ( x ₀ , y ₀ , t ), таким образом, получается при задержке накачки t _{pump, uv} = 6 пс, согласно общей гипотезе о полностью разделимой зависимости профиля поля x и y (т.е. E _ТГц ( x ₀ , y ₀ , t ) = a ( x ₀ , t ) b ( y ₀ , т )). Временная форма волны ТГц, собранная системой TDS для каждой задержки лезвия, обеспечивает пространственно-временную карту, EM ( x ₀ , t ). Поле ТГц, E _ТГц ( x ₀ , t ), оценивается путем выполнения пространственной производной карты EM ( x ₀ , t ), как показано на вставке. Рис.3d. Профиль интенсивности ТГц показан красной пунктирной линией на рис. 3d. Перетяжка профиля интенсивности ТГц, то есть в произвольных единицах (определяемая как мощность на уровне 1/ e ² пика), оказывается равной Вт _ТГц = 0,66 мм, что полностью согласуется с расчетная талия w _{насос, o} = 0,93 мм гауссова помпа ²⁰ . Чтобы подтвердить справедливость оценки перетяжки w _{накачки, o} , мы сравнили наши результаты с результатами, полученными с помощью обычного метода KE (полученного путем блокировки оптической накачки в плоскости генерации ТГц в отсутствие кристалла ZnTe). ), действительно находя очень хорошее согласие.

Учитывая тот факт, что мы отображаем источник ТГц излучения внутри кристаллов генерации — одной из основных целей в этой статье — важно подчеркнуть, что среди нескольких кристаллов, которые являются нелинейными полупроводниками со средней и большой шириной запрещенной зоны , ZnTe на сегодняшний день является наиболее популярным и широко применяемым для генерации ТГц диапазона из-за очень благоприятных условий фазового синхронизма (возникающих вокруг центральной частоты титанового: сапфирового лазера, то есть на 800 нм). Таким образом, этот подход имеет значительно большую применимость в этой области (это может включать также полупроводниковые устройства генерации ТГц излучения, такие как квантовые каскадные лазеры (ККЛ)).

Профилирование луча суб-λ

Мы в основном исследовали OKE как средство для характеристики характеристик суб-λ ТГц и, в частности, в плоскости источника ТГц. Схема освещения накачки, состоящая из узких ярких полос, создается бипризмой Френеля из BK7 с показателем преломления 1,51, углом преломления 1,5 ° и углом при вершине 177 °. Для создания полос бипризма устанавливается на пути луча ТГц накачки перед кристаллом генерации ZnTe.Расстояние между полосами, d _p , возникающее из-за помех поля, просто определяется геометрической оптикой как d _p = λ / [2 ( n — 1) θ _r ] = 30 мкм, где λ — длина волны накачки 800 нм, n — показатель преломления бипризмы и θ _r — угол преломления, как показано на рис. 4a. На рис. 4b – c показано измерение OKE, примененное к источнику терагерцового излучения с суб-λ-модуляцией, и его восстановленный пространственно-временной профиль с шагом перемещения лезвия 5 мкм.На рисунке 4c показано получение изображений с лучшим разрешением, выполненное с использованием шага положения лезвия 1 мкм в диапазоне от 0,5 до 0,7 мм.

Рис. 4

Валидация метода OKE для определения характеристик источника суб-λ ТГц.

(a) Снимок камеры профиля ТГц накачки, состоящий из полос суб-λ с периодом 30 мкм, созданных бипризмой Френеля (см. Соответствующие подробности в Методы ). (b) Определение характеристик полос суб-λ ТГц с использованием предложенной методики OKE. (c) Уточненные измерения, сделанные с шагом перемещения лезвия 1 мкм.

На рисунке 5a показано восстановленное пространственно-временное поле ТГц E _ТГц ( x ₀ , t ), оцененное как пространственная производная карты, EM ( x ₀ , t ) и извлечены с помощью экспериментального измерения OKE с временным разрешением на источнике суб-λ ТГц. Наблюдается сильная осцилляция поля вдоль x ₀ по сравнению с источником супер-λ. В частности, один из примеров таких колебаний представлен на верхней вставке рис.5а, где изображена осцилляция поля при t = 0,5 пс. Он показывает, что ступеньки ТГц полос разрешаются с расчетным разрешением в масштабе 10 мкм, что действительно соответствует дифракционному пределу телескопа, используемого для проецирования лопасти при использовании насоса 400 нм. Этот результат сравнивается (см. Рис. 5b) с численным предсказанием ожидаемого распределения поля ТГц диапазона в секции ограничения для данного профиля оптической накачки. Следует отметить, что типичным преимуществом когерентного метода KE является значительное повышение чувствительности при высоких значениях поперечного волнового вектора.Следовательно, этот подход сильно улучшает характеристики изображения sub-λ. Это ясно выражено в сравнении между пространственно-временным спектром, извлеченным из экспериментов (рис. 5c), и расчетным распределением источников ТГц диапазона (рис. 5d — см. методы для подробностей). В эксперименте учитывались приращения перемещения оптического лезвия 5 мкм. Слабая модуляция суб-λ над терагерцовым импульсом ожидается на вершине профиля супер-λ (рис. 5b). Предел дифракции предполагает, что такая модуляция быстро исчезает в координатах распространения ТГц диапазона, поскольку ее можно зафиксировать только путем отсечения поля на расстоянии менее λ от плоскости генерации.Это экспериментально демонстрирует (также в соответствии с импульсным откликом для точечных источников, представленным в [18]) присущее усиление контраста, связанное с нашим методом. Примечательно, что это первый пример, насколько нам известно, в котором источник ТГц был отображен внутри генерирующего кристалла , поскольку ограничение поля физически происходит перед выходным интерфейсом, обычно характеризующимся очень большим коэффициентом преломления. рассогласование показателей между воздухом и кристаллом на ТГц частотах.

Рисунок 5

ТГц поле, извлеченное в пространстве-времени и в пространстве с преобразованием Фурье.

(а) Восстановленный пространственно-временной профиль экспериментально исследованного источника с решетчатым рисунком суб-λ ТГц диапазона. На верхней вставке показаны колебания поля при t = 0,5 пс вдоль x ₀ . (б) Численно рассчитанное пространственно-временное распределение источника. (c) Экспериментальные пространственно-временные спектры, полученные из рис. 5a в пространственно-временном пространстве Фурье, и (d) пространственно-временной спектр, извлеченный из рис.5б.

Профилирование лазерного луча | Волоконно-оптические системы выравнивания

Профилирование лазерного луча с помощью датчиков Acuros® CQD SWIR

Лазеры используются в бесчисленном множестве промышленных приложений. Независимо от того, используете ли вы лазер для точных измерений, проведения опросов, телекоммуникационных работ или даже в медицине для чего-то вроде лазерной хирургии глаза, вам необходимо знать все характеристики и качество вашего лазера.

Поведение лазера

Обычно можно предсказать, как будет вести себя лазер, основываясь на том, как он произведен и как работали другие модели в прошлом, но некоторые посторонние факторы требуют проверки и измерения.Такие вещи, как производственные допуски для линз и зеркал, и что-то столь же незначительное, как условия окружающей среды вокруг вашего лазерного резонатора, могут иметь значительное влияние на то, насколько хорошо работает ваш лазер по сравнению с тем, что вы, возможно, ожидали.

Учитывая различные типы лазерных лучей, пространственное распределение и их эволюцию при распространении в свободном пространстве и через оптические элементы, измерение профиля луча имеет решающее значение для количественной оценки энергетической освещенности в точке применения.Наблюдение за профилем луча также может выявить аномалии лазерного луча.

Камеры

используют в качестве устройства формирования изображения двумерный массив квадратных или прямоугольных пикселей. Распределение интенсивности лазера или источника света записывается пиксель за пикселем и отображается в виде топографического или трехмерного контурного графика. Основным преимуществом таких профилометров является то, что они могут обнаруживать и отображать любую структуру, которая может существовать на профиле, и могут использоваться как с непрерывными (CW), так и с импульсными лазерами.

Что нужно для измерения профиля лазерного луча?
— Ширина луча
— Форма луча
— Энергетическая однородность
— Качество луча

Вы можете визуализировать свой луч, как никогда раньше, с камерой Acuros® 1920L SWIR. Существенным преимуществом камеры перед другими методами профилирования луча, такими как профилировщики отверстий и щелевые профилировщики, является то, что вы получаете измерения в реальном времени и изображение вашего лазера в действии. Датчики SWIR специально разработаны для уменьшения всех лазерных эффектов окантовки.

Инспекция лазерным лучом

Профилирование лазерного луча, оптическое выравнивание в свободном пространстве, системы выравнивания оптоволокна, системы научных исследований и медицинской оптики — все они используют интегрированные камеры SWIR. Для этих и других ключевых измерительных приложений требуются датчики с высокой плотностью пикселей и массивы большого формата, все из которых поставляются с наименьшими затратами на мегапиксель.

Семейство камер Acuros CQD SWIR и e-SWIR отвечает требованиям рынка оптики и оптических систем.Ознакомьтесь со спецификациями наших основных камер на платформе и свяжитесь с SWIR Vision, чтобы обсудить ваши потребности в визуализации.

Программное обеспечение для профилирования лазерного луча | Foundry Management & Technology

OPHIR PHOTONICS, разработчик / производитель прецизионного лазерного измерительного оборудования, анонсировала новую версию программного обеспечения BeamGage: BeamGage 6.1 — это система профилирования луча, которая выполняет сбор данных и анализ параметров лазерного луча, таких как луч размер, форма, однородность, расхождение, содержание мод и ожидаемое распределение мощности.В новой версии реализовано «серьезное обновление» вычислительного механизма для улучшения времени цикла, скорости отклика пользовательского интерфейса и расширения возможностей работы с апертурами и перегородками. Это улучшает производительность и скорость работы программного обеспечения, особенно при анализе различных лучей или источников света (например, светодиоды, оптические волокна и т. Д.), А также для сложных вычислений, таких как измерение нескольких профилей луча, сравнение ключевой статистики и 3D-просмотр в в реальном времени.

BeamGage также имеет новую функцию ленточной диаграммы, которая позволяет масштабировать и панорамировать, составлять диаграммы разделов и сохранять более 10 000 точек данных без снижения производительности.

«Время цикла измерения имеет решающее значение в большинстве приложений для профилирования луча, поскольку знание того, что делает луч динамически, имеет решающее влияние на результат процесса, особенно в эти первые несколько секунд», — заявил Гэри Вагнер, генеральный менеджер (США) компании Ophir Photonics. . «Большинство лазерных процессов запускаются сразу после включения питания. Многие технологические проблемы связаны с резкими пространственными изменениями мощности в течение первых нескольких секунд».

BeamGage включает более 55 измерений и расчетов, многие из которых основаны на стандартах ISO.К ним относятся быстрая внеосевая коррекция искаженных изображений луча; построение трендовых графиков; Регистрация данных; калибровка мощности / энергии; и производственное тестирование прошло / не прошло. Производители и исследователи лазеров могут легко импортировать свои собственные алгоритмы, созданные в C # /. NET, с использованием специальных вычислений. Это расширяет функциональность программного обеспечения до еще более широкого круга приложений, от анализа оптоволоконных сигналов до проверки производственных деталей и систем наведения военного назначения.

BeamGage основан на запатентованном алгоритме коррекции базовой линии UltraCal ^™ , который помог установить стандарт ISO 11146-3 для точности измерения луча.BeamGage поддерживает автоматическую настройку и автоэкспозицию для быстрой настройки и оптимизации точности, отслеживаемые NIST измерения мощности и широкий спектр CCD-камер, включая 11-мегапиксельную 35-миллиметровую камеру USB L11059 для профилирования луча большого формата. Двухмерный просмотр обеспечивает непрерывное масштабирование и изменение размера дисплеев в плавающих окнах. В трехмерной графике используется конструкция твердой поверхности с эффектами освещения и затенения.

BeamGage 6.1 поддерживает как 64-битную, так и 32-битную версии Windows ^® 7.Доступен в трех версиях:
— BeamGage Standard включает имитатор луча BeamMaker, автоматическое управление камерой и полный набор алгоритмов анализа.
— В BeamGage Professional добавлено разделение вывода камеры для отдельного анализа нескольких лазерных лучей из таких источников, как оптоволокно, интерфейс .NET для полного дистанционного управления при интеграции анализа луча в автоматизированное приложение и совместное использование камеры.
— BeamGage Enterprise включает поддержку неограниченного количества разделов, а также высокоскоростных сетевых камер, включая GigE, Gigabit Ethernet и локальные сети.

Посетите сайт www.ophiropt.com/photonics

Профилирование луча для луча малой ширины или размера пятна — DataRay

Ширина луча или размер пятна — важный параметр, который необходимо определить при выборе оптимального профилографа луча. Сканирующие профилометры щелевого пучка идеально подходят для измерения малых гауссовых пучков. Устройства Beam’R2 и BeamMap2 от DataRay Inc. способны измерять лучи размером до 2 мкм с помощью острых прорезей. Профилировщики луча на основе камеры, такие как серии WinCamD и BladeCam, идеально подходят, если требуется истинное двухмерное изображение.Это важно при просмотре негауссовых лучей. Наименьший размер луча, который камера может точно измерить, зависит от размера пикселя камеры, но для увеличения небольшого луча можно использовать внешний объектив микроскопа.

Камеры

Минимальный размер луча, который может точно измерить профилировщик на основе камеры, зависит от размера пикселя сенсора камеры. Чтобы добиться точных измерений, мы рекомендуем ограничивать размер пятна примерно в 10 раз больше размера пикселя камеры.Настройки программного обеспечения также могут оптимизировать точность измерения малых лучей. WinCamD-XHR и BladeCam-XHR имеют наименьший размер пикселя 3,2 x 3,2 мкм и, следовательно, могут измерять размеры луча до 32 мкм.

Более подробное объяснение того, почему размер пикселя ограничивает размер луча, можно найти в нашем примечании по применению WinCamD Series Diameter Accuracy, Precision & Resolution.

Рекомендации по программному обеспечению

При измерении луча малого размера в программном обеспечении есть несколько настроек, которые оптимизируют ваши результаты.Мы рекомендуем изменить разрешение захвата с на ПОЛНОЕ и выбрать меньший блок захвата , как показано на изображении ниже. Мы также рекомендуем выбрать Без фильтрации в раскрывающемся меню Фильтр .

Объективы для микроскопов

Камеры серии

WinCamD могут использоваться с объективами микроскопов для повторного отображения ближнего поля лучей, которые обычно были бы слишком малы для точного измерения камерой. Объектив микроскопа существенно увеличивает луч (10X, 20X и т. Д.).) и повторно отображает «больший» луч на датчике камеры. Этот метод требует дополнительных настроек, чем использование профилировщика луча со сканирующей щелью, но обеспечивает двумерные данные, которые невозможно получить с помощью профилометра со сканирующей щелью, и он может быть более экономичным.

Программное обеспечение позволяет вам вводить увеличение объектива микроскопа, чтобы отображаемые расчетные значения отображали фактические размеры луча.

Сканирующие профилометры с щелевым лучом

DataRay Inc. предлагает три серии сканирующих профилометров щелевого пучка: Beam’R2, BeamMap2 и BeamScope-P8.Сканирующие щелевые профилировщики пучка доступны с детекторами на основе Si, Ge, InAs и InGaAs, которые способны регистрировать длины волн от 190 нм до 3,9 мкм. Серии Beam’R2 и BeamMap2 могут измерять ширину луча от 5 мкм до 4 мм или всего 2 мкм в режиме Knife Edge. Если вы хотите измерить очень маленькие лучи или лучи с короткими рабочими расстояниями с помощью Beam’R2 или BeamMap2, DataRay предлагает внешнюю оптику в виде сборки линз LensPlate2. LensPlate2 повторно отображает перетяжку внешнего луча на плоскость сканирования BeamMap2 или Beam’R2.В нем используется пара асферических линз с ограничением дифракции, покрытых для исследуемых длин волн. Эти линзы предназначены для использования с небольшими лучами, типичными для волоконной и интегрированной оптики.

Knife Edge Mode

На луче, более узком, чем прорезь, прорезь действует как два противоположных лезвия. Когда щель сканирует профиль, это дает сначала интеграл фактического профиля пучка, затем плоскую вершину, когда энергия пучка полностью находится в пределах ширины щели, а затем обратный интеграл профиля.Ширина луча очень малых лучей может быть вычислена из этого интеграла профиля луча. Снимок экрана, показывающий это в программном обеспечении DataRay, виден в верхней части этого сообщения.

Заключение

Ширина луча или размер пятна — важный параметр, который необходимо определить для выбора оптимального профилографа луча. Сканирующие профилометры щелевого пучка идеально подходят для измерения малых гауссовых пучков. Устройства Beam’R2 и BeamMap2 компании DataRay способны измерять лучи размером до 2 мкм с помощью щелей Knife Edge.Профилировщики пучка на базе камеры идеальны, если требуется истинное двумерное изображение. Это важно при просмотре негауссовых лучей. Наименьший размер луча, который камера может точно измерить, зависит от размера пикселя камеры, но для увеличения небольшого луча можно использовать внешний объектив микроскопа.

Указание по применению

Замечания по применению, относящиеся к описанной выше теме, доступны для просмотра здесь.

DataRay может обсудить эти варианты, чтобы помочь вам выбрать лучшую систему для ваших нужд.Свяжитесь с нами по адресу [email protected].

Освещение — Проектирование и фокусировка общего покрытия

НОВАЯ СТРАНИЦА — В разработке

Что такое общее покрытие?

Обычный световой поток, соответствующий мероприятию, который обеспечивает равномерное основное освещение сцены.
Основная задача дизайнера освещения любого мероприятия — сделать так, чтобы все, что происходит на сцене, было видно публике. Конечно, для разных работ подходят разные степени и стили видимости.Общая обложка драмы будет отличаться от обложки комедии или танца.
В следующем примере предполагается, что вы используете освещение для живой публики. Событие, которое будет транслироваться по телевидению (или которое будет записано для трансляции / прямой трансляции), потребует более последовательного подхода к освещению, чем это возможно для живого шоу, поскольку видеокамеры гораздо менее прощают, когда есть нарушения в стирке. .

На этой странице предполагается, что автоматическое освещение / подвижное освещение не используются.

Решение первое — Как следует разделить сцену?

Если у вас открытая сцена без установки, сцена должна быть разделена на равные отсеки или зоны по всей сцене, а также ступень вверх / вниз.
Всегда используйте нечетное количество отсеков поперек, чтобы у вас всегда было хорошее освещение в центре сцены, так как именно здесь обычно собираются актеры.

Однако, если у вас неравномерный набор или определенные «комнаты» или области, на которые разделена сцена, они будут определять положение и размер зон, на которые вы должны разделить сцену.

Зачем вообще делить? Если у вас очень маленькое пространство, можно использовать пару широкоугольных размытых фонарей, чтобы осветить всю сцену. Однако, как только сцена станет шириной более 5 м, вам понадобится несколько зон, чтобы эффективно использовать имеющиеся у вас фонари.
Разделение сцены также даст вам большую гибкость, если вам нужно выделить определенную область в определенный момент.

Решение второе — Какие фонари я должен использовать?

Для традиционной арки авансцены и конечной аудитории профильные пятна (также называемые эллипсоидами) — лучший способ направить свет на сцену сверху над публикой.
Однако для небольших помещений или в студийном театре лучшим решением могут быть френели (размытые светильники с мягкими краями). Светильники для мытья посуды также будут более эффективными при нестандартной планировке сидений.

Убедитесь, что все фонари, выполняющие одну и ту же работу, относятся к одному типу — не смешивайте и не используйте разные типы или яркости.

Решение третье — Какие позиции работают лучше всего?

Для традиционного торцевого освещения , как правило, каждая зона общего покрытия должна иметь два передних фонаря и одну заднюю подсветку.Передние фонари должны находиться на высоте 45 градусов от горизонтали по вертикали — это обеспечит хорошее освещение лиц актеров, включая глаза, и уменьшит неприглядные тени под подбородком (см. Диаграмму ниже).

Вид в разрезе небольшой сцены с использованием френеля для освещения сцены с верхней и нижней частью сцены.

Профиль / эллипсоидальное покрытие за сценой от входа в зал, над аудиторией и ближе по Френелю, обеспечивающее покрытие за сценой.

Пара передних фонарей используется в каждой зоне, чтобы сцена была хорошо освещена для всей публики, и часто два контрастных цвета («теплый» и «холодный») используются для естественного освещения.Они должны находиться на расстоянии 60-90 градусов друг от друга.
Всегда используйте подсветку сверху или немного позади актеров, чтобы помочь выровнять тени и помочь скульптору актера и отделить его / его от окружающей среды.

Для поперечного (с двух сторон) или кругового освещения подумайте о виде из каждой точки аудитории. То, что является передним светом для одной аудитории, может быть подсветкой для других.
ABTT провел семинар по Lighting-In-The-Round во время пандемии коронавируса (щелкните изображение, чтобы просмотреть).

Освещение для танцев
Для освещения танцев или музыкальных номеров (или концертного освещения) вам может не понадобиться много (если вообще есть) сверху аудитории. Танцевальные шоу обычно освещаются гирляндами (иначе называемыми деревьями) в крыльях, давая резкий поперечный свет, чтобы осветить танцевальное пространство, не освещая пол сцены. Затем танцоры появляются как ярко освещенные тела в темном пространстве, что позволяет вам полностью контролировать их освещение по сравнению с декорациями или любыми другими визуальными элементами. Глаза / лица танцоров или музыкантов часто не так важны, как глаза актеров.

ДИАГРАММА / ФОТО скоро появится

Решение четвертое — Какие цвета мне использовать?

Традиционно общая обложка драмы для конечной аудитории имеет два передних и один задний фонарь на каждую зону.
Чтобы сделать освещение более объемным, может быть полезно иметь немного разные цвета в каждом из этих фонарей.
Передние фонари должны быть бледного цвета, чтобы лица актеров были хорошо видны, и должны быть выбраны в соответствии с шоу.
Если вы знаете, что у вас много ночных сцен и много солнечных дневных сцен, вы можете выбрать бледно-голубой цвет для одного переднего света и желтоватый («соломенный») цвет для другого.
Комедия может быть лучше с розовым и соломенным. Если у вас есть исполнители с разным оттенком кожи, лучше выбрать цвета лаванды.
Подсветка может быть чуть более интенсивного цвета (если хотите) — я поклонник бледно-лиловой подсветки.
Конечно, выбор цвета может быть совсем другим, если вам нужен более стилизованный вид. И боковой свет (либо от крыльев, либо под более крутым углом сверху) лучше, чем передний свет в некоторых ситуациях (особенно в мюзиклах / опере / танцах).

В фокусе общего прикрытия

Правило первое — не освещайте пол — всегда проверяйте, правильно ли работает свет на высоте головы исполнителя. Используйте кого-нибудь, чтобы «ходить» по сцене, фокусируя каждый свет, чтобы проверить тени и исправить перекрытие между лучами. Если у вас нет ходунка, проверьте его сами, используя свою тень, чтобы оценить, насколько вы хорошо освещены. Вы также можете использовать свою руку в качестве ориентира, когда вы ходите по сцене, наблюдая, как ваша рука находится на высоте головы, чтобы проверить, нет ли темных пятен.Не смотрите на свет во время фокусировки — всегда используйте свою тень, чтобы увидеть, куда идет луч. Не забывайте смотреть на сцену с точки зрения публики и сосредотачиваться на высоте головы актеров — также будьте осторожны с очень светлыми костюмами — на них будут четко видны любые жесткие линии или темные пятна, когда актеры перемещаться по сцене. Чтобы избежать появления темных пятен, убедитесь, что покрытие рабочей зоны достаточно перекрыто, а углы сцены достаточно освещены.

Правило второе — проверьте на наличие постороннего света. — убедитесь, что арка авансцены, оркестровая яма, места для сидения публики не освещены. Используйте ставни на профилях или двери сараев на френелях, чтобы отсечь нежелательный свет. Также проверьте освещение на съемочной площадке — общее покрытие должно быть только для актеров. Освещение для набора должно быть раздельным, чтобы можно было регулировать уровни независимо от актерских зон.

Правило третье — Избегайте балок с твердыми краями на выступающих участках.Это будет выглядеть странно, когда актеры перемещаются по сцене. Используйте элементы управления фокусировкой на фонаре, чтобы смягчить края луча, или сохраните жесткую фокусировку и используйте легкий иней в держателе геля, чтобы смягчить луч.
Не используйте слишком сильный иней, поскольку это может снизить точность стирки. Мороз рассеивает свет и может осветить аудиторию сильнее, чем вы предполагали.

Правило четвертое — проверьте стирку во всех местах аудитории. Если вы освещаете не только живую аудиторию, но и видеокамеру, убедитесь, что камеры доступны во время фокусировки освещения, чтобы освещение выглядело даже на камеру.

Правило пятое — не фокусируйтесь с рабочим освещением на — вам также следует избегать того, чтобы кто-либо работал на сцене во время фокусировки освещения, чтобы вы могли видеть все, не отвлекаясь.

См. Также страницу «Фокусирование освещения».

ЕЩЕ БОЛЬШЕ

Создано 8 апреля 2019 г.
Последнее обновление 12 мая 2021 г.
Написано Джоном Примроузом
Пожалуйста, отправляйте комментарии через страницу «Контакты»

Ключевые слова: разделение на верхнюю часть сцены внизу, функция тепло холод, определенная часть сцены освещена, круговое освещение, круговое освещение, круговое освещение, конечное освещение, освещение арены, как избежать мертвых зон в ваш свет на сцене

.