Способ измерения мощности и распределения интенсивности лазерного излучения

 

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИБНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ путем пересечения пучка лазерного излучения потоком аэрозоля и измерения потока интенсивности рассеяния различных областей сечения пучка лазерного излучения, отличающийся тем, что, с. целью облегчения процесса измерения и уменьшения воздействия аэрозоля на лазерное излучение, поток аэрозоля пропускают через различные участки сечения пучка в виде аэрозольных сгустков или отдельных аэрозольных частиц в различные промежутки времени.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют монодисперсный аэрозоль.(ЛО5 00-соО!»4^ •^

9547 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2494593/1 8-25 (22) 09.06.77 (46) 07.07.85. Бюл. № 25 (72) Н.Н. Белов, Ю.В. Жуланов, А.А. Лушников, И,А. Невский и А.Е. Негин (53) 535.242.2(088.8) (56) 1. Купренюк В.И, и др., "О возможности использования грубых дифракционных решеток для измерения параметров пучка инфракрасных лазеров", Квантовая электроника, 1976, 3, № 5, с. 1126-1129.

2. Морозов П.А. и др., "Прибор для визуализации и измерения пространственного распределения мощности излучения в поперечном сечении луча ОКГ на СО; ", Измерительная техника, 1974, N- 12, с. 43-44.

3. Духанина M.È. и др,, "Прибор для измерения плотности мощности излучения ОКГ". Измерительная техника, 1975, № 10, с. 33.

4. Бендицкий А.А. и др., О работе аэрозольного ответвителя при большой интенсивности излучения, "Квантовая электроника", 1977, 4, ¹ 7, с, 1559-1560, поступ. в редакцию

20. 11.76 г. (прототип) .

4(51) Н 01 S 3/10, G 01 J 1/22 (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ

И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ путем пересечения пучка лазерного излучения потоком аэрозоля и измерения потока интенсивности рассеяния различных областей сечения пучка лазерного излучения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью облегчения процесса измерения и уменьшения воздействия аэрозоля на лазерное излучение, поток аэрозоля пропускают через различные участки сечения пучка в виде аэрозольных сгустков или отдельных аэрозольных частиц в различные промежутки времени.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что используют монодисперсный аэрозоль.

689

Изобретение относится к области измерительной техники, преимущественно к технике измерения параметров лазерного излучения.

Известны способы измерения мощно5 сти и распределения интенсивности лазерного излучения с использованием рассеивателей лазерного излучения(1,2), Эти способы предполагают введение на пути лазерного пучка элементов, рассеивающих лазерное излучение и характеризуются заметным возмущением измеряемого лазерного излучения, так как размеры излучателей, как правило, многократно превосходят длину волны исследуемого излучения. Один из известных способов измерения-"мощности лазерного излучения предполагает сканирование пучка металлическими зеркалами 13 ).

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ измерения мощности и распределения интенсивности лазерного излучения путем пересечения пучка лазерного излучения потоком аэрозоля и измерения потока интенсивности рассеяния от различных областей сечения пучка лазерного излучения С4 1.

Основными недостатками этого способа являются сложность процесса из30 мерения вследствие необходимости осуществлять сканирование излучения светящегося слоя по сечению пучка и аэрозольные частицы, находящиеся в областях пучка, не подвергающихся в дан- З5 ный момент измерению, рассеивая свет (а в случае мощного пучка и испаряясь), оказывают искажающее воздействие на измерения в других областях пучка, что приводит к уменьшению точ-40 ности измерений.

Целью изобретения является облегчение процесса измерения и уменьшение воздействия на лазерное излучение.

Поставленная цель достигается тем, что поток аэрозоля пропускают через различные участки сечения пучка в виде аэрозольных сгустков или отдельных аэрозольных частицв различные проме жутки времени. При этом используют монодисперсный аэрозоль.

На фиг. 1 изображено устройство, которое осуществляет реализацию способа, на фиг. 2 — схема проведения измерений данным способом; на фиг.З— пересечение пучка излучения аэрозольными сгустками, на фиг. 4 — резуль547 2 таты одного из измерений распределения интенсивности излучения по сечению пучка излучения, осуществленного указанным способом.

Способ осуществляется следующим образом (см. фиг. 1).. Системой 3 напуска в нужную область пучка 1 подают сгустки 2 аэрозольных частиц одинакового размера, которые далее попадают в систему 4 отсоса. Рассеянное частицами излучение при прохождении ими пучка собирают линзой

5 и подают на фотоприемник 7, перед которым установлена диафрагма 6, защищающая его от паразитных засветок.

Сигналы, снимаемые с фотоприемника анализируются с помощью анализатора 8.

На фиг. 2 показано пересечение некоторой области пучка 1 излучения сгустком 2 аэрозоля, частицы которого состоят из материала, слабо поглощающего на длине волны лазерное излучение. Концентрацию и функцию распределения аэрозольных частиц по размерам поддерживают одинаковыми в области лазерного пучка в течение всего времени измерений. Концентрация аэрозоля ь выбирается из условия:

il C r < (8C ) Ь (1 ° ) где л0 — концентрация частиц постороннего аэрозоля, — размер сгустка в направлении лазерного луча; и 3 — величина допустимого ослабления излучения;

J — интенсивность лазерного излучения, Ь вЂ” сечение ослабления излучения одной частицей.

Отсутствие значительных возмущений измеряемого излучения достигается применением аэрозоля, концентрация которого удовлетворяет приведенному выше соотношению и частицы которого состоят из материала, прозрачного на длине волны лазерного излучения. Проведение измерений в таких условиях позволяет избежать разогрева воздуха, которому сопутствует искажение лазерного луча за счет рефракции. Временное разрешение измерений данным способом определяется быстродействием аппаратуры, регистрирующей излучение, так как рассеяние аэрозолем практически безынерционно.

Рассеяние аэроэольной частицей излучения в некотором направлении про689547 порционально интенсивности лазерного излучения, падающего на частицу и определяется сечением рассеяния частицей в данном направлении . Рассеяние излучения пропорционально так- 5 же толщине сгустка Ъ и концентрации аэрозоля. С целью облегчения процес— са определения мощности и распределения интенсивности излучения, а также для проведения абсолютных измере- 1р ний используют монодисперсный аэрозоль с размерами частиц, значительно отличающимися от длины волны излучения. В этом случае указанный способ измерений не трубует калибровки для измерения абсолютных значений мощности и интенсивности лазерного из— лучения. Значительное облегчение процесса определения характеристик излучения достигается применением аэро-2р зольных сгустков, имеющих размер д много меньший размера 3 пучка (см. фиг. 3), которые пересекают пучок в разные промежутки времени. В случае необходимости проведения подобных 25 измерений с малым возмущением из.лучения (например в резонаторе газовых лазеров, имеющих небольшой коэффициент усиления), целесообразно применять вместо сгустков отдельные аэро- 3р зольные частицы. В течение всего времени пересечения сгустком пучка реги— стрируют рассеиваемое им излучение.

Временной ход мощности рассеянного излучения дает представление о распределении интенсивности лазерного излучения на пути следования сгустка.

Расстояния между сгустками Х и аУ и скорость V позволяет заменить временную переменную на координаты пучка. О

Для уменьшения воздействия аэрозоля на интенсивность излучения и связанного с этим ухудшения точности измерений применяют высокоскоростной поток аэрозоля. Влияние скорости тем боль- 45 шепчем больше коэффициент поглощения материала аэрозольных частиц. Во время пересечения пучка частицы разогреваются, что приводит к разогреву воздуха. Разогрев воздуха вызывает иска"5О жение лазерного пучка за счет рефракции. Для устранения или значительно«C = го уменьшения влияния указанного эффекта скорость выбирают такой, чтобь газ в области пучка существенно не разогревался.

Для определения распределения интенсивности излучения в дальней зоне измеряют распределение рассеянного аэрозолем излучения в фокальной области линзы, расположенной на пути лазерного пучка. Размер пятна в фокальной области r при использоваЮ нии безаберрационной линзы дает возможность определить расходимость луча 8 из соотношения В = гg Е ", где

Š— фокусное расстояние линзы.

Пример. Измерена мощность и распределение интенсивности излучения гелий-неонового лазера путем измерения рассеянного света частицами монодисперсного аэрозоля, состоящего из частиц латекса диаметром

0,2 мкм. Измерения велись с помощью устройства, показанного на фиг.1.

В качестве анализатора импульсов используется осциллограф. Скорость частиц равна скорости газа в струе и составляла 2 м/с. На фиг. 4 представлено распределение интенсивности по сечению пучка, измеренное таким образом. Для одномодового лазерного излучения величина интенсивности излучения 3 связана с мощностью излуг чения yl соотношением: 1», " о о где — радиус лазерного пучка по спаду интенсивности в R раз.

Мощность излучения W в данном случае определена на основании измеренных значений г и 3 (абсолютное значение 1 найдено по калибровочной

-о зависимости фототока от величины све-тового потока при длине волны излучения, равной О, 63 мкм) .

Аналогичные измерения были проведены и внутри резонатора гелий-неонового лазера, что трудно осуществить известными ранее способами. Оценена степень возмущения излучения аэрозолем. При диаметре пучка равном 3мм

его сечение в 10 раз больше сечения аэрозольной частицы, поэтому добротность резонатора при попадании в луч частицы заметно не меняется. Временное разрешение распределения интенсивности в данноМ случае определяется временем пролета частицы через лазерный луч и составляет около 10 с.

При одновременном измерении рассеянного излучения из различных областей луча временнсе разрешение данного способа определяется лишь разрешением измерительной аппаратуры.

689547

Составитель Н, Гусева

Техред Л. Коцюбняк Корректор M. Розман

Редактор П. Горькова

Заказ 4492/2

Тираж 638 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4