Преобразователь мощности лазерного излучения

 

OIIHCAHIIE ИЗОБРЕТЕНИЯ вЂ”

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5008833/25 (22) 11 11.91 (46) 30.10.93 Бюл. Йа 39 — 40 (71) Малое предприятие "Фирма Юнона-Лазер" (72) Рузин М.В, (73) Рузин Михаил Владимирович (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Сущность: преобразователь мощности лазерного излучения содержит приемный элемент в виде электроизолирующей подложки, на поверхности которой выполнена анизотропная пленка из термо(19) ÊRÖ (и) 200221б („1 (51) электрического материала. замкнутый корпус с входным окном и фокусирующее зеркало, внутренняя поверхность корпуса выполнена диффузно-отражающей, фокусирующее зеркало расположено внутри корпуса и образует с входным окном оптическую систему, причем фокусирующее зеркало расположено наклонно к оси оптической системы. приемный элемент установлен внутри корпуса вне поля зрения оптической системы, причем тыльная поверхность подложки приемного элемента установлена на внутренней поверхности корпуса. 1 ил.

2002216

М

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения мощности лазерного излучения;

Известен преобразователь мощности излучения, содержащий приемный элемент, выполненный из металлического стержня, один торец которого обращен к падающему излучению, а другой активно термостабилизируется жидкостью. Чувствительный элемент преобразователя выполнен в виде термобатареи, формирующей электрический сигнал, пропорциональный градиенту температуры вдоль приемного элемента и, следовательно, падающей мощности излучения.

Недостатком преобразователя является низкое быстродействие, определяемое конструкцией; в частности выполнением приемного и чувствительного элементов в

20 аиде отдельных деталей.

Известен также преобразователь мощности излучения, содержащий приемный элемент, выполненный в виде пластинки кристалла, обладающий анизотропией тер- 25 моЭДС, при этом оси кристалла не параллельны приемной поверхности пластинки.

В этом преобразователе чувствительный элемент, обьединенныф с приемным элементом, формирует электрический сигнал 30. пропорциональный градиенту температуры по толщине пластинки, возникающему под действием мощности падающего излучения.

Недостатком этого преобразователя яв- 35 ляется низкое быстродействие, определяемое временем установления градиента температуры в пластинке, которое определяется минимально достижимой при изготовлении толщиной кристаллической пластинки, составляющей около 0,1 мм.

По технической сущности наиболее близок к изобретению преобразователь мощности излучения, выполненный в виде пленки из термоэлектрического материала 45 со столбчатой структурой, напиленной на электроизолирующую подложку. В таком преобразователе приемным и чувствительным элементом является пленка из термоэлектрического материала, которая благодаря анизотропии ее физических свойств, формирует электрический сигнал, пропорциональный градиенту температуры по толщине пленки, возникающему под действием мощности падающего излучения.

Недостаток преобразователя состоит в низкой точности преобразования мощности лазерного излучения, обусловленной зависимостью его показаний от степени и направлении поляризации падающего излучения. Это явление обьясняется ани-. зотропией физических свойств пленки, в частности анизотропией электропроводности, что обусловливает анизотропию поглощения (дихраизм) волн излучения с различной ориентацией электрического вектора. Кроме того, в области низких частот возникает дополнительная погрешность, обусловленная неустойчивым конвективным теплообменом между приемной поверхностью нагретого излучением приемника и свободно перемещающимся окружающим воздухом, Этот конвективный теплообмен вызывает неконтролируемые флуктуации градиента температуры в пленке и соответствующие флуктуации выходного сигнала преобразователя, Цель изобретения — повышение точности преобразователя мощности.

Для достижения этой цели корпус преобразователя мощности лазерного излучения выполнен замкнутым с входным окном, причем внутренняя поверхность корпуса выполнена диффузно отражающей, преобразователь, кроме приемного элемента, выполненного в виде электроизолирующей подложки с напыленной на ее поверхность анизотропной пленкой из термоэлектрического материала, дополнительно содержит фокусирующее зеркало, образующее с входным окном оптическую систему, при этом фокусирующее зеркало расположено наклонно относительно оси оптической системы, а приемный элемент установлен внутри корпуса вне поля зрения оптической системы и закреплен так, что его тыльная поверхность расположена в контакте с внутренней поверхностью корпуса.

На чертеже показан предлагаемый преобразователь.

Преобразователь содержит корпус 1, выполненный в виде замкнутого объема с диффузно-отражающей внутренней поверхностью и входным окном 2. Внутри корпуса на оптической оси преобразователя наклонно к оптической оси установлено фокусирующел зеркало 3. Внутри корпуса вне поля зрения оптической системы, образованной входным окном 2 и фокусирующим зеркалом 3, установлен приемный элемент4, подложка которого плотно прижата тыльнойстороной к корпусу 1, что обеспечивает хороший тепловой контакт между приемным элементом и корпусом.

Преобразователь работает следующим образом. Пучок лазерного излучения через входное окно 2 s корпусе 1 падает на фокусирующее зеркало, которое обеспечивает отражение и концентрацию излучения на внутренней диффузно-отражающей поверх2002216 ности корпуса 1. После многократного переотражения от внутренней поверхности корпуса раСсеянное излучение, пропорциональное по мощности падающему на вход преобразователяя излучению попадает на приемный эле- 5 мент 4, формирующий выходной сигнал преобразователя. Применение фокусирующего зеркала позволяет локализовать все излучение на небольшом первичном участке диффузна-отражающей поверхности и 10 тем самым уменьшить зависимость показаний преобразователя от пространственного и углового распределения излучения, поступающего на вход в преобразователь, за счет выравнивания условий переотражения из- 15 лучения внутри корпуса преобразователя для всех пространственных и угловых составляющих полного пучка, Приемный элемент 4 установлен вне поля зрения оптической системы, образован- 20 ной входным окном 2 и фокусирующим зеркалом 3 с тем чтобы полностью исключить попадание на приемный элемент направленного излучения лазерного пучка и обеспечить попадание только многократно 25 переотраженного рассеянного излучения, Поскольку при многократном переотражении от внутренней поверхности кроме рассеяния излучения происходит его деполяризация, на приемный элемент пада- 30 ет практически деполяризованное излучение независима от азимута и степени поляризации лазерного излучения, падающего на вход преобразователя.

Деполяриэованное излучение, воспринимаемое приемным элементом, преобраФормула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий приемный элемент в виде электроизолирующей подложки, на, поверхности . которой выполнена анизотрапная пленка из.термо- 45 электрического материала, отличающийся тем, что в него введен замкнутый корпус с, входным окном и фокусирующее зеркало, внутренняя поверхность корпуса. выполне50 зуется в. электрический сигнал, прямо пропорциональный мощности этого излучения.

Таким образом, деполяриэацией излучения в данном случае устраняется одна из главных составляющих погрешности преобразователя, обусловленная зависимостью показаний приемного элемента от степени и азимута поляризации падающего на нега излучения.

Кроме того, размещение приемного элемента внутри замкнутого объема обеспечивает стабильность конвективного теплообмена между приемной поверхностью и контактирующим с ней окружающим воздухом, а обеспечениехорошего теплового контакта приемного элемента с корпусом приводит к выравниванию температуры приемного элемента, корпуса и воздуха внутри корпуса, что снижает интенсивность указанного выше конвективнага теплаабмена приемной поверхности с окружающим воздухом.

Устранение составляющих погрешности, обусловленных поляризацией излучения и нестабильностью канвективного теплообмена, обеспечивает повышение точ ности преобразования мощности преобразователем..

% (56) Козаченко M. Л. Первичный измерительный преобразователь ТПИ-14, Квантовая электроника. 1978., т. 5, М 11, с, 2516.

Анатычук Л. И, Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник, 1979, с. 664.

Патент США Q 3851174, кл, G 01 J 3/00, 1976. на диффуэно отражающей, фокусирующее зеркало расположено внутри корпуса и образует с входным окном оптическую систему, причем фокусирующее зеркало. расположено наклонно к оси оптической системы, приемйый элемент установлен внутри корпуса вне поля эрен,1я оптической системы, причем тыльная поверхность подложки приемного элемента установлена на внутреннеи поверхности корпуса, 2002216

Составитель М.Рузин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор Т.Яковлева

Корректор H.Ìèëþêoeà.Заказ 3169

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1