Устройство для измерения энергетических параметров лазерного излучения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

505064

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03,10.73 (21) 1963133/26-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 28.02.76. Бюллстспь ¹ 8 (51) М.Кл. Н 01S 3/02

Государственный комите

Соеета Министров СССР оо долом еообретееей и оп змтий (53) УДК 621.375(088.8) Дата опубликования описания 12.01,77 (72) Авторы изобретения

1О. П. Егоров, Г. И. Рукман, Б. М. Степанов и А. В. Хромов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения энергетических параметров непрерывного лазерного излучения.

Известны устройства для измерения энергетических параметров лазерного излучения, основанные на тепловом воздействии излучения, в виде калориметров и болометров.

Недостатком известных устройств является ограниченный диапазон измерений со стороны больших мощностей, так как при определенных мощностях происходит разрушение (сгорание) чувствительных элементов и раз рушение ослабителей энергии типа полупрозрачных пластин и диафрагм.

Кроме того, известные устройства подобного типа не могут измерять распределение мощности по сечению и обладают недостаточной точностью.

Цель изобретения — повыши ие точности измерений в широком диапазоне мощностей.

Эта цель достигается тем, что в устройство дополнительно введен калориметр, расположенный в фокусе сферического зеркала, закрепленного рядом с болометром на конце вращающегося стержня.

В результате уменьшается время пребывания болометров и зеркал в лазерном пучке и снижается тепловая нагрузка на пих, а также на калориметр без ущерба для точности.

Возникает возможность выполнить калориметр в виде модели черного тела и уменьшить погрешность на отражении. Увеличение точности достигается введением комбинации калориметра и боломевров; прн этом калориметр измеряет энергию излучения в заданное время, а болометры — относительную мощность в момент прохождения пучка. Оба резульгата обеспечивают абсолютное измерение

10 мощности и ее распределения по одной из координат сечения пучка. Это позволяет уменьшить и"точники ошибок, связанные с постепенным изменением свойств болометров.

На чертеже схематически изображено

15 предлагаемое устройство, где 1 — сферическое зеркало, 2 — нить болометра, 3 — стержень, 4 — калориметр, 5 — коллектор болометра, б — электродвигатель, 7 — пульт управления, 8 — осциллограф, А — А — пучок

20 лазерного излучения.

Вогнутые сферические зеркала 1 и нити боломепров 2 установлены па концах вращающихся стержней 3, которые закреплены на оси двигателя б. Неподвижный центр сфери25 ческой поверхности вращающихся зеркал находится на общей оси вращения. Зеркала 1 имеют следующую форму: их ширина (в напра влении движения) везде составляет одинаковую известную долю 1//г окружности, ко3О торую описывает данный участок зеркала.

505064

При вращении высота зеркал 1 больше или равна высоте сечения пучка излучения. Лазерный пучок АА направлен на зеркало 1 под углом к оптической оси зеркала. Неподвижный калориметр 4 расположен в фокусе зеркала 1 за пределами пучка АА . Калориметр 4 выполнен в виде цилиндра с коаксиальной конической полостью, моделирующей абсолютно черное тело, что обеспечивает работу прибора в широком спектральном диапазоне излучений, включая дальний инфракрасный диапазон, и с датчиком температуры — термосопротнвленивм. Электрическая схема калориметра на входе соединена с тврмосопротнвлением калориметра 4, а на выходе — со стрелочным индикатором в пульте управления 7. Нить боломепра 2 включена в электрическую схему болометра через щеточный коллектор 5, установленный на оси двигателя G. На выходе электрической схема болометра подключен осциллографический регистр,атор 8.

Устройство работает следующи|м образом.

При вращении стержней 3 зеркала 1 и нити болометров 2 периодически с частотой и пересекают лазерный пучок АА . Зеркало 1 направляет отраженное излучение на вход неподвижного калориметра 4. Калориметр 4

iV регистрирует суммарную энергию Z U,, noi = l ступившую в калориметр за время работы Т (цикл работы лазера), где N полное число импульсов за время Т. Нити болометров 2, пересекая пучок АА вырабатывают им пульсные сигналы, представляющие мгновенную мощность пучка АА в относительных единицах. Импульсные сигналы записывают осциллографическ.ий регист1рато р 8.

Форма зеркала и его траектория обуславливает попадание в калориметр энергии

1Г

Z Ui, равной 1/4-й части суммарной энерi — 1 гии непрерывного лазерного излучения за время T. Постоянная времени остывания калориметра значительно больше времени Т и калориметр работает в режиме накопления.

Полная энергия лазерного излучения за цикл работы U определяется соотношением.

U=АХUi

4 и считывается с индикатора 7, проградуированного непосредственно в единицах энергии.

Нить болометра 2 имеет постоянную времени охлаждения т, меньшую периода пересечений пучка излучения (т((1/п), но большую времени нахождения нити 2 в пучке АА . Поэтому амплитуда импульсного сип ала болометра пропорциональна мощности лазерного пучка, а ко времени следующего прохождения

10 пучка АА нить 2 успевает охладиться во встречном воздушном потоке.

По высоте им пульса v, мм, зарегистрированного на осциллограмме в момент времени t, находится измеренная мощность P(ti-)

15 из выражения:

P(ti) = L ° ч; где лУ м

20 g Vi

i= — 1

В режиме измерения прOc ранственного распределения мощности по одной координате поперечного сечения пучка, совпадающей с направлением движения болометра, сигнал от болометра через его электрическую схему попадает в диффе1ренцирующий усилитель (расположенный в блоке управления 7) и затем на осциллограф 8, развертка которого синхронизи рсаана с фронтом нарастания сиг 0 нала от болометра. На экране осциллографа описывается распределение мощности вдоль данной координаты.

Устройство может найти применение для

35 измерения энергетических параметров непрерывного излучения мощных и сверхмощных лазеров.

Формула изобретения

Ъ строиство для измерения энергетических параметров лазерного излучения в поперечном сечении пучка, содержащее сканирующее вогнутое сферическое зеркало и приемник из45 лучения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в широком диапазоне мощностей, в него введен калориметр, расположенный в фокусе сферического зеркала, закрепленного рядом с приемником

50 на конце в1ращающегося стержня, а сканирующим приемником излучения служит болометр.

505064

Составитель Н, Воропаев

Техред Г. Андреева

Редактор Н. Коляда

Корректор Л. Орлова

Заказ 5192

Подписное

МОТ, Загорский филиал

Изд. № 1248 Тираж 963

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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