Способ измерения угловой расходимости лазерного излучения

 

3 i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ QATEHTHOE

ВЩОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 2494592/26 (22) % 77 (48) 30.11.93 Бюл. Na 43-44 (72) Айиниев ЮГ„Гурари МЛ„Рунмаи ГИ

<в) SU (щ И14И А1 (51) 91 3 30 (54) Cfl0COS ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ РАСХОДИМОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (87) 703453

Изобретение относится к измерительной технике, в частности. к способам измерения и контроля параметров лазерного излучения..

Один иэ известных способом измерения расходимости лазера заключается в . том, что ответвители, установленные в двух сечениях, проектируют изобракение диаметров пучков на два экрана соответственно, В каждом экране вдоль диаметра на 10 одинаковом расстоянии друг от друга расположены точечные приемники излучения.

Тогда диаметр пучка в каждом сечении преобразуется в число импульсов с выходов точечных приемников излучения, амплитуда .15 которых превышает заданный:уровень измерения. Из разности. числа импульсов, зарегистрированных экранами; можно найти расходимость излучения,: Ж

Недостатками такого метода является 20 трудность выполнения условия измерения в дальней зоне, а также наличие большого числа фотоприемников, что требует их относительной градуировки.

Наиболее близким техническим реае- . 25 нием K предлагаемому изобретению являет.ся способ измерения угловой расходимости лазерного. излучения, основанный на про. странственном разделении исследуемого излучения на опорный и предметный потоки З0 и их регистрации.

Цепь изобретения —. расширение диапазона длин воли исследуемого излучения и повышение. точности измерения. З5

Поставленная цель достигается благодаря тому, что преобразуют опорный поток в излучение с плоским фронтом волн. Изменяют направление опорного потока по атно- 40 шению k оси предметного и производят последовательное фотосмешение предметного патока с опорным для каждого его направления.

Сущность способа заключается в том, 45 что измеряемый поток разделяют на предметный и опорный. Предметный пучок, расходймость которого хотят измерить с . помощью соответствующих ойтических эле-. ментов направляют нз фотоприемник, пло-. 50 щадь которого больше площади сечения лучка, а чувствительность по поверхности постоянна. Опорный пучок с помощью телескопической системы преобразуют в плоскую волну, а затем направляют на систему 55 качания луча, которая изменяет направление плоской волны на угол заведомо больший угла.расходимости. Затем направляют опорный пучок на фотоприемник.

Комплексная амплитуда поля s точке с координатой r нз поверхности фотоприемника равна

Е(г)=Е 1(г)+Ег(г т), где E3(r) — поле предметного пучка в точке-г, (для простоты рассмотрим сначала стациоф нарный случай), Ег(гд) поле опорного пучка в той же точке. Поле опорного пучка-функция времени, так как волновой вектор его изменяется по углу вследствие его качания.

Фототок I(t) на выходе фотоприемника пропорционален по оку излучения l(t), падающего на всю приемную площадку.$

4®= al(t)- а J бгг I Е (г)+ Ег(гд)1, где а — коэффициент пропорциональности, S - поверхность приемника

i(t)= а J а г(Е1о + Его +

+ 2Е10 {r). Его (r) cos К (1) r, > «Ф где Е о{г) и Его (r) — амплитуды сигнааьного и опорного полей, К (t) —.разность волновых векторов основного и опорного пучка.

Выделим переменную во времени составляющую фототока In(t)

"-Ф -В -Ф -Ф -Ф

3n(t)= 2а Е1о(г) Его(г)соз K(t) гб r

8 так как опорный пучок представляет собой плоскую волну с расходимостью меньшей, чем требуемая точность измерения в предрлах апертуры приемника, поле Его(г) постоянно и его можно вынести за знак интеграла . ln(tj= 2аЕго j Е1о(r) cos К(t)rd2ã.

Полученное выражение представляет собой двумерное преобразование Фурье, Следовательно, как и в методе фокального пятна измеряемого угловое распределение излучения эквивалентно значению, измеренному в дальней зоне. В данном случае измеряемое поле излучения можно записать как систему плоских. волн, распределенных.по углам, и в каждый момент времени с помощью опорной волны выделяется та составляющая, которая совпадает по направлению с направлением опорной волны.

Таким образом, если угловая скорость перемещения опорного пучка постоянна (например, при равномерном вращении призмы), то осциллограмма тока фотопри70145 Г

Формула изобретения,ния и повышения точности измерения, СПОСОБ ИЗМЕРЕНия УГЛОВОИ РАС. пРеобРазУют опоРный поилок в излУчение 1

XOQNMOCTN JlA3EpHOCO ИЗЛуЧЕНИя плоским фронтом волн, изменяют направоснованный на пространственном разде- ление опорного потока по от оше ю

45.оси предметного и производят последова-: лении исследуемого э у ения на опорный тельное фотосмешение предметного пото. и предметный потоки и их регистрации, отФ ка с опорным для каждого личающийся тем, что, с целью расширения апра ия диапазона длин волн и следуемого излуч .-. емника будет повторять угловое распределение поля. При этом угловое распределеwe интенсивности будет определятьва по следующей формуле:

1(0 = и t)-P(t), где д- угол, отсчитанный от оси симметрии сигнального пучка, в- угловая скорость вращения опорно- 10 го пучка.

При другом законе качания необходим соответствующий пересчет. Амплитуда качания угла должна выть больше или равна. полному линейному углу расходимости. В 15 случае непрерывного лазерного излучения, пространственное распределение которого . не изменяется во времени, на скорость ска-нирования по углу не накладывается. ограничений.. 20

8 случае импульсного сигнала время сканирования угла должно быть меньше длительности импульса. Если в течение импульса расходимость изменяется значительно. то время сканирования не должно 25 превышать промежутка времени, в течение которого.расходимость можно считать неизменной. Используя двухлучевой осциллограф можно одновременно регистрировать . как временные, так и пространственные ха- ЗО рактеристики лазерного излучения.

Блок схема устройства, реализующего данный способ, приведена на чертеже. . Работа устройства осуществляется сле; дующим. образом. 35

Часть излучения л аэера 1 с помощью ответвителя 2 (если это необходимо) отво- дится в измерительный канал и с помощью делителя 3 пучок делится на опорный и предметный. Для уменьшения расходимости опорного пучка по сравнению с предметным примерно на порядок применяется телескопическая система 4. Далее опорный пучок попадает на систему качания 5 (плоское зеркало, поворачивающееся относительно оси, проходящей через плоскость зеркала). Отразившись от зеркала 5, пучок попадает на полупрозра ное зеркало 6 и, в свою очередь, отразившись от последнето, попадает на фотоприемник 7 (например, мозаичный пирозлектрический, выходы всех элементов которого соединены параллельно). Предметный пучок. отразившись от зеркала 8 и. пройдя через полупрозрачное зеркало 6, также попадает на поверхность фотоприемника 7, Зависимость переменной составляющей тока фотоприемника регистрируетоя на осциллографе 9 или другом регистраторе (например числовом).

8 данном способе, что является одним из его достоинств, не требуется многоканального регистратора (фотопленка, матричное- пироэлектрическое устройство), что существенно облегчает процесс регистрации и обработки данных, а также повышает точность измерения. Достаточно иметь обычный фотоприемник (ФЭУ в видимом диапазоне, пироэлектрический приемник в

ИК-области). Информация об угле расходимости визуально количественно наблюдается на осциллографе, а случае необходимости может быть заведена на сетное устройство без предварительных преобразований.

761453

Составитель

Теехред М,Моргентал

Редактор М;Ленина

Корректор М.Шароши !

Заказ 3330

Тираж Подписное

НПО" Поиск" Роспатента

113036, Москва. Ж-35, Рауаская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101