Датчик разъюстировки зеркал резонатора лазера
Изобретение относится к области лазерной техники. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и точности при формировании сигнала разъюстировки. Устройство содержит четыре идентичные световодные матрицы, четыре светофильтра, четыре фотоприемника, четыре нормирующих усилителя, два усилителя рассогласования, устройство управления, четыре компаратора. Световодные матрицы выполнены из световодов, размещенных равномерно и нормально к несущей пластине. Датчик разъюстировки формирует сигнал разъюстировки по равномерности освещенности сечения юстировочного светового потока больших размеров на выходе из резонатора. 2 ил. 
Изобретение относится к области лазерной техники, а конкретно к устройствам автоматической юстировки резонаторов лазеров.
Известен датчик для ручной юстировки неустойчивого резонатора в лазере большой мощности, где величина разъюстировки определяется по результатам визуального исследования отпечатка излучения юстируемого лазера на термочувствительной бумаге (см. Эккенхьюзен, Стил "Методика юстировки неустойчивого резонатора в лазере большой мощности". - "Приборы для научных исследований", 1977, №12, с.208-209).
Недостатком этого датчика является невозможность формирования сигнала разъюстировки по отпечатку на термочувствительной бумаге и, следовательно, автоматизации процесса юстировки во время работы лазера.
Известен также датчик разъюстировки, включающий в себя четыре фотоприемника, расположенные в потоке светового излучения симметрично оптической оси резонатора, и дифференциальную мостовую фотоэлектрическую схему, формирующую сигнал разъюстировки по двум координатам.
Однако такой датчик обладает следующими недостатками:
мала эффективная площадь фотоприемного элемента (для фотодиода ˜10 мм2), что не позволит датчику формировать сигнал разъюстировки по равномерности освещенности юстировочного светового потока больших размеров;
применение аналоговой мостовой фотоэлектрической схемы не обеспечивает помехозащищенность, что весьма существенно при работе мощного лазера.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является двухкоординатный фотоэлектрический преобразователь для следящей системы в современных двухзеркальных радиотелескопах, имеющий четыре идентичные чувствительные площадки на основе фоточувствительных пленок сульфоселенидов кадмия, расположенные симметрично относительно центра взаимно перпендикулярных осей, причем встречные площадки включены в мостовые схемы (см. В.Б.Богданович, С.Т.Саркисян, С.С.Чиркинян "Двухкоординатный фотоэлектрический преобразователь". - "Измерительная техника", 1984, №6, с.49-50 - прототип).
Недостатками этого преобразователя также являются малая эффективная площадь приема фоточувствительной площадки (˜100 мм2) и малая помехоустойчивость.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и помехоустойчивости при формировании сигнала разъюстировки по равномерности освещенности сечения юстировочного светового потока больших размеров.
Эта цель достигается тем, что в датчик разъюстировки введены четыре световодные матрицы с расположенными равномерно и нормально к их поверхности световодами, свободные концы которых объединены соответственно в четыре пучка, четыре светофильтра, четыре нормирующих усилителя, причем блок формирования сигналов разъюстировки содержит два усилителя рассогласования, устройство управления и четыре компаратора, при этом каждая световодная матрица соединена через светофильтр с входом одного фотоприемника, выход которого связан с входом нормирующего усилителя, выход первого нормирующего усилителя подключен к первому входу первого усилителя рассогласования и третьему входу второго усилителя рассогласования, выход второго нормирующего усилителя - к второму входу первого усилителя рассогласования и к первому входу второго усилителя рассогласования, выход третьего его нормирующего усилителя - к третьему входу первого усилителя рассогласования и к второму входу второго усилителя рассогласования, выход четвертого нормирующего усилителя - к четвертым входам усилителей рассогласования, выход первого усилителя рассогласования связан с инвертирующим входом первого компаратора и неинвертирующим входом второго компаратора, выход второго усилителя рассогласования - с инвертирующим входом третьего компаратора и с неинвертирующим входом четвертого компаратора, первый выход устройства управления соединен с неинвертирующими входами первого и третьего компараторов, а второй выход - с инвертирующими входами второго и четвертого компараторов,
На фиг.1 изображена функциональная схема датчика разъюстировки, а на фиг.2 схематично показана световодная матрица (вид спереди и вид сбоку).
Датчик разъюстировки включает в себя четыре идентичные световодные матрицы 1, 2, 3, 4; четыре светофильтра 5, 6, 7, 8; четыре фотоприемника 9, 10, 11, 12; четыре нормирующих усилителя 13, 14, 15, 16; два усилителя рассогласования 17, 18; устройство управления 19; четыре компаратора 20, 21, 22, 23, причем световодные матрицы 1, 2, 3, 4 выполнены из световодов 24, размещенных равномерно и нормально к несущей пластине 25.
Каждая световодная матрица 1, 2, 3, 4 соединена через светофильтр 5, 6, 7, 8 с входом одного соответствующего фотоприемника 9, 10, 11, 12, выход которого связан с входом нормирующего усилителя 13, 14, 15, 16. Выход нормирующего усилителя 13 подключен к первому входу усилителя рассогласования 17 и третьему входу усилителя рассогласования 18, выход нормирующего усилителя 14 - к второму входу усилителя рассогласования 17 и первому входу усилителя рассогласования 18, выход нормирующего усилителя 15 - к третьему входу усилителя рассогласования 17 и к второму входу усилителя рассогласования 18, выход нормирующего усилителя 16 - к четвертым входам обоих усилителей рассогласования 17, 18. Выход усилителя рассогласования 17 связан с инвертирующим входом компаратора 20 и неинвертирующим входом компаратора 21, выход усилителя рассогласования 18 связан с инвертирующим входом компаратора 22 и неинвертирующим входом компаратора 23. Первый выход устройства управления 19 соединен с неинвертирующими входами компараторов 20, 22, а второй выход соединен с неинвертирующими входами компараторов 21, 23.
Датчик разъюстировки формирует сигнал разъюстировки по равномерности освещенности сечения юстировочного светового потока больших размеров на выходе из резонатора следующим образом: световой поток, падающий на световодные матрицы 1, 2, 3, 4 по световодам 24 поступает соответственно через светофильтры 5, 6, 7, 8 на фотоприемники 9, 10, 11, 12, которые преобразуют суммарный световой поток каждой световодной матрицы 1, 2, 3, 4 в пропорциональные электрические сигналы, поступающие на соответствующие нормирующие усилители 13, 14, 15, 16, предназначенные для выравнивания коэффициентов преобразования фотоприемников 9, 10, 11, 12.
Усилителем рассогласования 17 осуществляется сложение электрических сигналов, пропорциональных сумме световых потоков, падающих на световодные матрицы 1 и 2, а также 3 и 4. Усилитель рассогласования 17 производит также вычитание этих сумм и, следовательно, его выходной сигнал является пропорциональным сигналом разъюстировки по горизонтали. Усилитель рассогласования 18 аналогично формирует пропорциональный сигнал разъюстировки по вертикали, при этом сначала суммируются сигналы со световодных матриц 1 и 4, а также 2 и 3 и далее находится их разность.
Сигнал разъюстировки по горизонтали поступает на инверсный вход компаратора 20 и неинверсный вход компаратора 21. На неинверсный вход компаратора 20 подается напряжение с первого выхода устройства управления 19, а на инверсный вход компаратора 21 подается напряжение с второго выхода устройства управления 19. Таким образом формируется релейная характеристика для сигнала разъюстировки по горизонтали, причем величина отрицательной и положительной зон нечувствительности релейной характеристики задается соответственно величинами напряжений с первого и второго выходов устройства управления 19. Если на выходе компаратора 20 появляется сигнал управления, то из этого следует, что сумма освещенностей световодных матриц 4 и 3 больше суммы освещенностей световодных матриц 1 и 2. В противном случае сигнал управления появляется на выходе компаратора 21.
Аналогично построен канал формирования сигналов управления по вертикали. При этом если сумма освещенностей световодных матриц 1 и 4 больше суммы освещенностей световодных матриц 2 и 3, появляется сигнал на выходе компаратора 22. В противном случае сигнал управления появится на выходе компаратора 23.
Предлагаемое техническое решение позволяет:
увеличить точность юстировки при формировании сигнала разъюстировки по равномерности освещенности сечения юстировочного светового потока больших размеров на выходе из резонатора за счет применения световодных матриц;
увеличить помехоустойчивость за счет введения светофильтров, компараторов, вырабатывающих дискретные сигналы разъюстировки и устройства управления, формирующего зону нечувствительности (порог компараторов) датчика разъюстировки.
Формула изобретения
Датчик разъюстировки зеркал резонатора лазера, содержащий четыре идентичных фотоприемника и блок формирования сигнала разъюстировки, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности при формировании сигнала разъюстировки, в него введены четыре матрицы световодов, расположенные симметрично относительно оптической оси, в каждой матрице одни торцы световодов расположены равномерно и нормально к направлению светового потока, четыре светофильтра и четыре нормирующих усилителя, а блок формирования сигналов разъюстировки содержит два блока вычисления разности сумм электрических сигналов, четыре компаратора и блок задания опорных сигналов, причем другие торцы световодов каждой матрицы объединены в пучок и через соответствующий светофильтр оптически связаны с входом соответствующего фотоприемника, выход которого соединен с входом соответствующего нормирующего усилителя, выходы первого и второго, а также третьего и четвертого нормирующих усилителей подключены соответственно к первой и второй парам суммирующих входов первого блока вычисления разности сумм электрических сигналов, выход которого подключен к инвертирующему входу первого компаратора и неинвертирующему входу второго компаратора, выходы второго и третьего, а также первого и четвертого нормирующих усилителей подключены соответственно к первой и второй парам суммирующих входов второго блока вычисления разности сумм электрических сигналов, выход которого подключен к инвертирующему входу третьего компаратора и неинвертирующему входу четвертого компаратора, первый выход блока задания опорных сигналов соединен с неинвертирующими входами первого и третьего компараторов, а второй выход - с инвертирующими входами второго и четвертого компараторов, выходы компараторов являются соответствующими информационными выходами датчика.
РИСУНКИ
