Kalorimeteranordnung zur Messung der Strahlungsenergie eines Bündels kohärenter, elektromagnetischer Strahlung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kalorimeteranordnung zur Messung der Strahlungsenergie eines Bündels koharenter, elektromagneti- scher Strahlung, wie beispielsweise des Lichtmasers (Lasers) und anderer ähnlicher Anordnungen.
Mit dem Aufkommen des Lasers entstand die Aufgabe, seine charakteristischen Grossen zu bestimmen und seine Eigenschaften messend zu erfassen, einschliesslich seiner Leistungsabgabe. Ein dazu geeignetes Gerät ist das Kalorimeter, das die Energie in Form von Wärme misst, welche durch Umwandlung der optischen Energie in Wärmeenergie erzeugt wird.
Bei gebräuchlichen Kalorimetern wird die Energie in einer kleinen Flüssigkeitsmenge oder in einem kleinen Stück eines Festkörpers absorbiert und die dabei auftretende Temperaturerhöhung mit Hilfe eines Thermoelementes gemessen. Wenn die Wärmekapazität des absorbierenden Materials bekannt ist, dann ist die Temperaturerhöhung ein Mass für die absorbierte Energie. Natürlich bestehen dabei wie üblich die Schwierigkeiten darin, einen möglichst grossen Bruchteil der einfallenden Energie zu absorbieren und zu bestimmen, welcher Bruchteil der Gesamtenergie absorbiert wurde.
Diese Schwierigkeiten können durch sinnreiche Messmethoden überwunden werden, aber eine grund sätzliche Schwierigkeit bleibt. Es ist nämlich nötig, eine gleichmässige Temperaturverteilung herzustellen, bevor die Temperaturerhöhung gemessen werden kann. Im Falle eines flüssigen Absorbers ist dazu Rühren erforderlich, im Falle eines festen Absorbers muss man den Temperaturausgleich, der durch die Wärmeleitung zustande kommt, abwarten. In jedem Fall geht eine bestimmte Wärmemenge verloren, bevor der Gleichgewichtszustand erreicht ist, und dadurch ist die Bestimmung der absorbierten Energie mit einem Fehler behaftet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kalorimeteranordnung zur Messung der Strahlungsenergie eines Bündels kohärenter elektromagnetischer Strahlung aus dem sichtbaren Gebiet des elektromagnetischen Spektrums oder aus den benachbarten Gebieten zu schaffen.
Sie soll zur sofortigen Messung der Strahlungs- energie geeignet sein, die auf das Kalorimeter gerichtet wird, speziell zur Messung der Leistungsabgabe von Lichtmasern (Lasern).
Erfindungsgemäss ist die Kalorimeteranordnung dadurch gekennzeichnet, dass zur Absorption der zu messenden Strahlungsenergie ein Bolometer vorgese hen ist, wobei dieses Bolometer aus einem Draht besteht, der in Form eines Bündels angeordnet ist, derart, dass innerhalb des Bündels keine elektrischen Kurzschlüsse auftreten können, und dass die beiden Enden des Drahtes mit einer Einrichtung zur Messung des elektrischen Widerstandes des genannten Bündels verbunden sind.
Das Bolometer besteht vorzugsweise aus einem dichten Bündel von isoliertem Kupferdraht, der regellos verteilt in einen Behälter aus Isolierstoff gepackt ist.
Die Anderung des Widerstandes dieses Bolometers ist proportional zur absorbierten Energie und praktisch unabhängig von der Verteilung der Energie innerhalb des Drahtbündels. Das Bolometer ist vorzugsweise in einen Zweig einer üblichen Wheatstone Brücke eingeschaltet, und die Energie des Strahles wird beispielsweise durch den Ausschlag eines Gal vanometers gemessen. Es ist nicht mehr notwendig, zu rühten oder auf eine gleichmässige Verteilung der Temperatur zu warten. Das Drahtbündel wirkt für die einfallende Energie gleichzeitig als Streuer und als Absorber.
Durch geeignete geometrische Anordnung und Packung hat man die Möglichkeit, den Bruchteil der Gesamtenergie, welcher im Draht absorbiert wird, zu kontrollieren und die Verluste an den Aussenraum vernachlässigbar klein zu machen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile sind in der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher er läutert.
Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbei- spiele des Bolometers,
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der bevorzugten Anordnung,
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles für eine andere Anwendung der Anordnung,
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausfuhmngsbeispieles, welche zeigt, wie die Kalorimeteranordnung als Eicheinrichtung angewendet werden kann.
Zunächst wird Fig. 1 beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel eines Bolometers darstellt. In grossen Zügen kann das Bolometer 10 folgendermassen beschrieben werden : Ein Bündel von dünnem, emailliertem Kupferdraht befindet sich in einem Behälter, der eine in sein Inneres führende Offnung besitzt, damit die von einer Quelle kommende Lichtenergie, beispielsweise ein Laserstrahl, durch diese Offnung ins Innere eintreten und in dem Drahtbündel absorbiert werden kann. Dadurch wird der Draht erwärmt, womit eine entsprechende Anderung des Widerstandes des Drahtes verbunden ist.
Die Enden des Drahtes sind aus dem Behälter herausgeführt und mit fle xiblen Bändern verbunden. tuber dem offenen Ende des Behälters ist ein flaches Glasfenster angebracht, um die störenden Einflüsse von Luftströmungen möglichst klein zu halten.
Im einzelnen besteht das Bolometer 10 aus einem zylindrischen Behälter 25, der aus einem Material, wie beispielsweise Glas, gefertigt ist, und im wesentli- chen auf der gesamten Innenfläche einen gut versilberten tlberzug 23 trägt. Der Glasbehälter 25 ist mit einer Schicht von wärmeisolierendem Material 31 umgeben, um die Einwirkungen von Anderungen der Aussentemperatur klein zu halten. Innerhalb des Be hälters 25 befindet sich ein regellos angeordnetes Stück eines elektrisch leitenden Drahtes 16 von bestimmter Länge, das einen isolierenden Überzug besitzt. Das Drahtstück 16 besitzt an beiden Enden Klemmen 20 und 21 und ist an die Aussenseite des Behälters 25 herausgeführt.
Eine Öffnung mit einem Fenster 18 ist vorgesehen, so dass die Lichtenergie, die von einer optischen Quelle in Form eines Lichtstrahles 14 ausgeht, durch das Fenster 18 eintreten und das Bündel aus dem dünnen Draht 16 durchdringen kann. Die Lichtenergie des Strahles 14 wird in dem Bündel aus dem Draht 16 absorbiert, und dieses wird dabei erhitzt. Diejenigen Strahlen des Lichtstrahles 14, die nicht beim ersten Durchgang im Bündel 16 absorbiert werden, werden an der stark reflektierenden Oberfläche 23 reflektiert und auf dem Rückweg zum Fenster 18 absorbiert. Auf diese Weise wird im wesentlichen die gesamte Energie, die durch das Fenster 18 eintritt, in dem Drahtbündel 16 absorbiert.
Das Bündel aus dem dünnen isolierten elektrischen Draht 16 kann beispielsweise aus einem etwa 305 m langen Stück eines emaillierten Kupferdrahtes mit einem Durchmesser von etwa 0, 08 mm (Nr. 40 B & S gauge) bestehen. Dieses Drahtstück hat einen elektrischen Widerstand von etwa 980 Ohm.
Um darzustellen, wie das Bolometer, das aus einem Stück dünnem emailliertem Kupferdraht von bestimmter Länge besteht, zur Messung der in Form eines Lichtstrahles einfallenden Energie benutzt werden kann, muss im folgenden die kalorimetrische Gleichung betrachtet werden. Wenn z. B. die Energie einer optischen Quelle, wie beispielsweise eines Lasers, gemessen werden soll, sind folgende Überlegungen zu beachten : Ein typischer Impuls eines Rubinlasers hat eine Länge von 5 X 10-4 sec und eine Gesamtenergie von 10 Joule, was mehr oder weniger von den Arbeitsbedingungen abhängen kann.
Wenn ein Impuls in das Bolometer 10, das in Fig. 1 dargestellt ist, eingeschossen wird, dann wird der Strahl durch die einzelnen Windungen des Drahtbündels 16 nach und nach gestreut und absorbiert, bis im wesentlichen die gesamte Energie absorbiert ist und als Temperaturerhöhung im Draht erscheint.
Wenn ein einzelner kurzer Abschnitt des Drahtes den Widerstand Rot besitzt, bevor der Impuls in das Bolometer eingeschossen wird, dann wird sein Widerstand R'nach dem Einschiessen des Impulses R'= Rot (1 +aXt) Ohm (1) sein, wobei a der Temperaturkoeffizient des Widerstandes und dt die Temperaturerhöhung ist.
Die Widerstandsänderung ist folglich X R'= R0'aXt Ohm (2) Wenn dieser kurze Drahtabschnitt eine Energie von E'Joule absorbiert und eine Masse von M'Gramm und eine spezifische Wärme c G dbesitzt, wird er eine Temperaturerhöhung At entsprechend folgender Gleichung erfahren :
R' dt = 419 M'c C Durch Zusammenfassung der Formeln (2) und (3) kann die Widerstandsänderung eines einzelnen Drahtabschnitts angegeben werden als "
ARI ==., Ohm (4)
Die gesamte Widerstandsänderung des Bolometers ist einfach die Summe der einzelnen Widerstands änderungen A R'über die gesamte Länge des Drahtes, der das in den Behälter eingeschlossene Bündel bildet :
Wenn der Draht von gleichmässigem Querschnitt ist, dann verhalten sich Widerstand Round Masse M' eines einzelnen Drahtabschnittes zueinander wie Widerstand Ro und Masse M des gesamten Drahtes. Es gilt : ,
Ro Ro
M'M
Wenn man weiterbin annimmt, dass a und c konstant sind, d. h. unabhängig von der Temperatur, erhält man für die gesamte Widerstandsänderung im Bolometer aRO aROE 4, 19 Mc zE 419 Mc Ohm (5) wobei E die gesamte absorbierte Energie bedeutet.
Diese Formel zeigt, dass die Widerstandsänderung d R direkt proportional zur gesamten absorbierten Energie und unabhängig von der Energieverteilung im Draht ist, vorausgesetzt, dass erstens der Draht einen gleichförmigen Querschnitt besitzt und dass zweitens der Temperaturkoeffizient des Widerstandes a und die spezifische Wärme c des Drahtes temperaturunab hängig sind. Dies sind vernünftige Annahmen, wenn die Temperaturerhöhung des Drahtes nicht zu gross ist.
Da das Bolometer zur Messung der Energie benutzt werden soll, wird die Gleichung (5) folgendermassen umgeformt
4,19 Mc E = # #R Joule (6) aR# Wenn man die werte von M, c und afür nr. 40 B & S
Ruz Kupferdraht, der als Beispiel benutzt wurde, einsetzt, erhält man aus Gleichung (6) E = 1, 40AR Joule (7)
Dies ist die kalorimetrische Grundgleichung, an der jedoch eine Anzahl von Korrekturfaktoren angebracht werden müssen. Die Dicke der Lackisolierung, die Reflexion des einfallenden Lichtes an dem Fen- ster und die Rückstreuung durch den Draht müssen in Betracht gezogen werden.
Der erwähnte Kupfer- draht Nr. 40 B & S, der als typisches Beispiel benutzt wird, hat als Isolation eine 0, 0076 mm dicke Lackschicht, diese besitzt eine spezifische Wärme von 0, 40 cal/g-Grad und eine Dichte von 1, 4 g/cm3. Diese Isolationsschicht erhöht die Wärmekapazität eines jeden Abschnitts der Drahtlänge um 29 /o. Das Fenster reflektiert 8 /o der senkrecht einfallenden Strahlenenergie, und die gemessene Rückstreuung durch den Draht beträgt ungefähr 18 /o. Wenn man diese Korrekturen an der kalorimetrischen Grundgleichung anbringt, erhält man
E = 2, 38der Joule (8)
Es ist anzumerken,
dass die vorstehende Rechnung als Beispiel gedacht ist und nicht in einem begrenzenden Sinn betrachtet werden kann. Ein Fachmann kann jederzeit einen Draht anderer Grosse und anderer Länge verwenden und dementsprechend einen anderen Proportionalitätsfaktor für die Messung der Energie erzielen. Wichtig ist jedoch die Tatsache, dass ein Stück eines isolierten Drahtes von bestimmter Länge, das einen bekannten Widerstand besitzt, verwendet werden kann, um Lichtenergie zu absorbieren und damit auch die Anderung seines Widerstandes ein Mass für die absorbierte Lichtenergie zu liefern. Es wurde nämlich gezeigt, dass die Widerstandsänderung direkt proportional zur absorbierten Energie und unabhängig davon ist, wie die Energie im Draht verteilt wird.
Bei der Messung der Ausgangsenergie oder der Leistungsabgabe, beispielsweise eines Lasers, wird der Strahl auf das Bolometer 10 gerichtet, so dass im wesentlichen der ganze Strahl oder ein vorher bestimmter Teil davon auf das Bolometer gerichtet ist.
Letzteres ist der Fall, wenn ein Teil des Strahles abgespaltet wird. Die Widerstandsänderung, die auf der Absorption der optischen Energie in dem regellos gepackten Drahtbündel beruht, wird in einem Wheat stone-Brückenkreis gemessen und die Energie entsprechend berechnet.
Es wurde jedoch gefunden, dass die beschriebene Anordnung in optimaler Weise arbeitet, wenn das oben beschriebene Bolometer 10 zusammen mit einem Element benutzt wird, welches die mittlere Temperatur kompensiert und einen Widerstand enthält, der sich wie der Draht in dem Bolometer mit der Temperatur verändert. Das Element, das die mittlere Temperatur kompensiert, hat den Zweck, Energieverschiebungen in der Messbrücke möglichst klein zu halten, die von Anderungen der Umgebungstemperatur herrühren. Beispielsweise kann als Kom pensationselement ein anderes, dem oben beschriebenen ähnliches Bolometer dienen, das als Phantomeinheit in einem Widerstandszweig der Wheatstone Brücke benutzt wird.
Eine erste Bolometeranordnung 19a, die zwei Bolometer umfasst, ist in Fig. 2 dargestellt. Dort ist ein aktives Bolometer 10 und ein Phantombolometer 10'gezeigt. Letzteres ist in ziemlich gutem Wärme- kontakt mit dem Bolometer 10 in einem Behalter 29 angeordnet, der die Wärmeisolation 31 besitzt. Die Bolometer 10 und 10'sind in der Weise angeordnet, dass das aktive Bolometer 10 die optische Energie des Strahles 14 aufnehmen kann, während das Phantombolometer 10'von der einfallenden Energie nicht getroffen werden kann. Wie gezeigt, sind die Bolometer 10 und 10'so angeordnet, dass ihre Rückseiten in thermischem Kontakt miteinander stehen.
Zusätzlich enthält die Bolometeranordnung 19a ein Fenster 18 am Behälter 29, so dass die optische Energie des Laserstrahles 14 in die Anordnung eindringen und auf das aktive Bolometer 10 auftreffen kann. Das Drahtbündel des Phantombolometers ist mit 16', die Drahtenden sind mit 20'und 21'bezeichnet.
Eine andere Ausführung einer Bolometeranordnung, die zwei ähnliche Bolometer benützt, ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Ausführung 19b ist der in Fig. 2 gezeigten ähnlich mit der Ausnahme, dass die Anordnung optische Mittel einschliesst, die aus einer ersten Linse 54 und einer zweiten Linse 56 bestehen.
Dabei dient die erste Linse 54 zur Zerstreuung des einfallenden Strahls 14, während die zweite Linse 56 den so zerstreuten Strahl auf das aktive Bolometer 10 richtet, so dass die Lichtenergie eine vergrösserte Fläche des DtahtbündeIs 16 beleuchtet.
Eine dritte Ausführung 19c einer Bolometeranordnung, die von einem aktiven und einem Phantom bolometer Gebrauch macht, ist in Fig. 4 dargestellt.
Diese Ausführung ist derjeriigen ähnlich, die in Fig. 3 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass die zweite optische Linse durch eine Lichtrohre 58 ersetzt ist. Bei dieser Ausführung wird der cinfallende Strähl 14 durch die Linse 54 zerstreut und tritt in die Lichtröhre 58 ein, welche die Lichtenergie auf das Drahtbündel 16 des Bolometers 10 richtet. Die Lichtröhre 58 kann aus einem beliebig gewählten zylindrischen Reflektor bestehen. Diese Ausführung ist eine Verbesserung der in Fig. 3 gezeigten Ausführung, da die Bedingungen für die Justierung der Anordnung, derart, dass der Lichtstrahl in das Bolometer 10 eintreten kann, weniger kritisch sind.
Wenn die optische Anordnung nicht ganz genou justiert ist, wird ein Teil des Strahles die Wände des zylindrischen Reflektors berühren, aber dennoch in das Drahtbündel des aktiven Bolometers 10 gerichtet werden.
Es ist zu bemerken, dass die in Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Bolometeranordnurigen nur als Beispiele gedacht sind, und dass verschiedene Kombinationen der optischen Elemente vorgenommen werden kön- nen.
Die gezeigten Anordnungen können auch zerleg- bar sein. Es liegt auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, dass das Phantombolometer 10', das als Kompensationselement far die mittlere Temperatur dient, durch ein Stück eines emaillierten elektrischen Drahtes von bestimmter Lange, ähnlich dem Draht 16 von Fig. l, ersetzt werden kann, das sich nicht in einem getrennten Behälter befindet, sondern nur um die Aussehseite des Behälters 25 herumgewickelt ist.
In Fig. 5 ist gezeigt, in welcher Weise das oben beschriebene Feindraht-Bolometer 10 verwendet wird, um die gewünschte Messung der LeistuAgsab- gabe einer optischen Quelle, wie beispielsweise eines Lasers, auszuführen. Es ist die Kombination eines Bolometers 10 und eines KoinpensationseIementes 15 fiit die mittlere Temperatur in einer Brückehschaltung mit einem Widerstand 36 und einem Widerstand 38 dargestellt. Das Kompensätionselement 15 kann beispielsweise ein Phantombolometer 10'sein.
Es kön- nen zwei ideritische Einheiten, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, oder es kann eine Kombination eines Paares von Bolonlefern in einem einzigen Behälter verwendet werden, wie in Fig. 2 bis 4 dargestellt. Auf jeden Fall wird ein Widerstand verwendet, der im we- sentlichen die gleichen Eigenschaften hat wie das Drahibühdel.
Das Bolometer 10 und das Kohnpensa- tionselement 15 sind mit den Widerständen 36 und 38 in der Weise verbunden, dass der Anschluss 20 des aktiven Bolometers mit der einen Seite des Widerstandes 36 verbunden ist, während der Anschluss 21 mit dem Anschluss 22 des Kompensationselementes 15 verbunden ist. Der Anschluss 24 ist mit einem Anschluss des Widerstandes 38 verbunden, und die anderen Enden der Widerstäde 36 und 38 sind an der Stelle 33 miteinander verbunden.
Zwischen die Anschlüsse 20 ùnd 24 ist eine hier als Gleichstrombatterie dargestellte elektrische Energiequelle 34 geschaltet, die den erforderlichen elektrischen Strom für den Brückenkreis liefert, der durch die Widerstände 36 und 38, das Bolometer 10 und das Kompensatiohselement 15 gebildet wird. Dieser Kreis ist ein Wheatstone-Brückenkreis, und die Widerstände 36 und 38 werden gewöhnlich als Verzwei- gungswiderstände bezeichnet, während das Element 15 als Vergleichswiderstand bekannt ist.
In die Brücke ist ein Galvanometer 40 eingeschaltet, welches in bekannter Weise zur Messung des Abgleichs oder Nichtabgleichs der Brücke bei einer elektrischen Messung verwendet wird. Das Galvanometer 40 ist so in den Brückenkreis eingeschaltet, dass eine Seite mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den Anschlüssen 21 und 22 verbunden ist, während die andere Seite mit dem Punkt 33 verbunden ist. Weiterhin ist in Fig. 4 eine Laseranordnung 12 dargestellt, die einen Lichtstrahl 14 in Richtung zum aktiven Bolometer 10 ausstrahlt.
Zur Messung der Energieabgabe der Laseranordnung 12 werden die Widerstände 36 und 38 so gewählt oder so eingestellt, dass ein Brückenabgleich erreicht wird, wenn das aktive Bolometer 10 und das Kompensationselement 15 sich im gleichen Ruhezustand befinden, d. h. wenn keine optische Energie vom Laser 12 in das aktive Bolometer 10 eingestrahlt wird. Unter Brückenabgleich soll verstanden werden, dass die elelctrische Potentialdifferenz zwischen dem Punkt 33 und dem gemeinsamen Punkt zwischen den Anschlüssen 21 und 22 im wesentlichen Null ist.
Falls die Brücke abgeglichen ist, ist es sehr einfach, die Leistungsabgabe des Laserstrahls zu bestimmen, indem der Strahl 14 in das aktive Bolometer 10 gerichtet wird und die dabei auftretende Widerstandsände- rung durch die Abweichung des Brückenkreises vom abgeglichenen Zustand bestimmt wird, die durch das Galvanometer 40 angegeben wird. Die Gleichung
E = 2, 38dR Joule (8) legt nahe, den Widerstand des aktiven Bolometers 10 vor und nach der Bestrahlung mit dem Lichtstrahl 14 zu messen und aus der Widerstandsänderung die Energie des Strahles zu bestimmen. In Wirklichkeit ist es günstiger und auch genauer, einfach den Gal vanometerausschlag zu beobachten, der auf die Messzeit oder auf den Impuls folgt, je nach dem, welcher Fall vorliegt.
Indem man einen bekannten kleinen Widerstand in den aktiven Bolometerzweig einschaltet, kann man einen Faktor
N = d/dR Skalenteile pro Ohm (9) bestimmen, wobei d die Ablenkung des Galvanometers in Skalenteilen und A R den bekannten in den aktiven Bolometerzweig eingeschalteten Widerstand bedeutet.
Gleichung 8 kann nun folgendermassen umgeformt werden:
E = 2,38/N d Joule (10)
In dieser Gleichung ist die Strahlenenergie durch die Galvanometerablenkung ausgedrückt. Als typisches Beispiel kann angenommen werden, dass für das Galvanometer N = 1, 90 mm/Ohm ist. Die Gleichung erhält damit die Form E = 0, 0126 d Joule
Eine Energie von 0, 01 Joule entspricht einer Ablenkung von etwa einem Millimeter und ist daher leicht messbar. Dies entspricht der Arbeitsweise, in weicher das Gerät zur Zeit benutzt wird, die Empfindlichkeit kann aber beträchtlich erhöht werden, wie im folgenden beschrieben werden soll. Die Regeln für den Gebrauch des Gegenstandes der Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden :
1. Die Brücke ist so abzugleichen, dass das Gal vanometer 40 eine passende Zeigerstellung hat.
2. Ein bekannter Widerstand von beispielsweise 0, 1 Ohm ist in den aktiven Bolometerzweig der Brücke einzuschalten, und der Galvanometerausschlag ist zur Bestimmung der Skalenteile pro Ohm (N) festzustellen.
3. N ist in die Gleichung E = 2 # 38/N d Joule einzusetzen.
In Fig. 6 ist dargestellt, wie die beschriebene Kalorimeteranordnung neben der unmittelbaren Messung der Leistungsabgabe einer optischen Quelle beispielsweise zur Eichung einer aus einem Streudraht und einer Fotozelle bestehenden Anordnung zur Messung von Leistung oder Energie verwendet werden kann. Der Laser 12 sendet einen Impuls durch die Zerstreuungslinse 54 und die Sammellinse 56 direkt in das aktive Bolometer 10.
Ein dünner Draht 50 ist im Strahlengang des vom Laser 12 ausgehenden Strahles 14 angeordnet und streut einen vernachläs- sigbar kleinen Bruchteil 14'der Strahlenenergie auf die (nicht gezeigte) Fotokathode des Fotoelements 48, dessen Ausgangsgrbsse auf dem Bildschirm eines Kathodenstrahloszillographen 57 als nach der Zeit aufgelöste Leistungskurve dargestellt und fotografiert wird. Die Eichung der Fotozellenanordnung 48 wird vorgenommen, indem die Fläche unter der Kurve, die sich durch Auftragung der Energie gegen die Zeit ergibt, mit der gesamten Impulsenergie verglichen wird, die durch das Drahtkalorimeter gemessen wird.
Die Integration kann im Ausgangskreis des Fotoelementes 48 elektrisch vorgenommen werden, so dass zum Vergleich mit dem Kalorimeter die gesamte Impulsenergie als eine stufen-oder treppenfunktionsartige Veränderung der Oszillographenkurve dargestellt wird. Es wurde bereits bemerkt, dass der Streudraht 50 als Sonde dient. Sobald die Fotozellen Streudraht-Kombination einmal mit Hilfe der beschriebenen Kalorimeteranordnung geeicht ist, kann sie zur Messung der ausgesandten Strahlung dienen, wenn die Bolometeranordnung durch eine andere Anordnung ersetzt ist.
Der Streudraht 50 erfüllt zwei nützliche Funktionen : er versorgt erstens die Fotozelle mit einem zum Hauptstrahl proportionalen Teilstrahl mit geeignet niedriger Intensität und lässt zweitens den Hauptstrahl im wesentlichen unverändert, so dass dieser zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht.
Der Anwendungsbereich der beschriebenen Kalorimeteranordnung wird weiter vergrössert, wenn sie auch mit einer Sonde, wie beispielsweise einem Strah lenteiler in Form einer Glasplatte, verwendet wird, die einen bekannten Bruchteil der auf sie einfallenden Energie reflektiert, während sie den Rest des Strahles durchlässt. Ein derartiges Beispiel ist in Fig. 7 dargestellt. In dieser Figur ist eine Glasplatte 52 gezeigt, die im Strahlengang des optischen Laserstrahls 14 angeordnet ist, der von der Laseranordnung 12 ausgesandt wird.
Der Hauptteil der Energie durchdringt die Platte 52 in Form eines engen gebündelten Strahles 14"und kann in einem Element 42 weiter verwendet werden, während ein kleiner Bruchteil 14'des Strahles (etwa 8"/o) in das aktive Bolometer 10 re flektiert wird.
Bei der Eichung der ebenen Platte 52 zur Bestimmung desjenigen Anteils der Gesamtenergie, der von ihr. reflektiert wird, kann die beschriebene Kalorimeteranordnung ebenso benutzt werden wie zur Messung der absoluten Energie des reflektierten Strahles 14'. Wenn der Bruchteil der Gesamtenergie, der von der Platte reflektiert wird, bekannt ist, kann die Leistungsabgabe des Lasers leicht bestimmt werden. Die fest mit der Sonde verbundene Bolometeranordnung wird in der gleichen Weise geeicht wie die Streudraht-Fotozellen-Kombination. Wenn das Fein drahtkalorimeter mit einer Sonde einmal geeicht ist, bildet es ein tragbares Instrument, das in jeden Laserstrahl zur Messung der Energie des Strahles eingebracht werden kann. Zusätzlich ist in Fig. 7 eine Einrichtung zur Benutzung einer empfindlicheren Galvanometeranordnung gezeigt.
In dieser Abbildung wurde das Galvanometer 40, das in Fig. 5 gezeigt ist, durch eine empfindliche Anzeigeeinrichtung 44 ersetzt, beispielsweise durch ein Röhrenvoltmeter oder durch einen Kathodenstrahloszillographen und ferner durch eine Registriereinrichtung 46, wie beispielsweise ein fotografisches Registriergerät.
Zur Ablesung der von einem gepulsten Laser gelieferten Energie erwies sich eine Empfindlichkeit von 0, 01 Joule pro Millimeter als ausreichend, auch wenn das Bolometer mit einer Plattensonde verwendet wird. Die Anwendung eines schnelleren Anzeigegerätes, wie beispielsweise eines Kathodenstrahloszillo graphen mit fotografischer Registrierung, hat offensichtlich Vorteile. Sie verkürzt die Wartezeit zwischen einzelnen Ablesungen und ermöglicht eine dauernde Registrierung. Es könnte angenommen werden, dass das Feindrahtkalorimeter vorwiegend zur Eichung von fotoelektrischen Anordnungen benutzt wird.
In Wirklichkeit jedoch findet es weitgehende Anwen- dung bei allgemeinen Messungen im optisches Gebiet des elektromagnetischen Spektrums, da es im Aufbau sehr einfach und verhältnismässig unabhängig von Frequenz oder Wellenlänge ist und eine ausreichende Empfindlichkeit besitzt. Der beschriebene Gegenstand ist folglich eine neue und nützliche Anordnung zur Messung der Leistungsabgabe optischer Quelle.
Die beschriebene Anordnung kann auch zur Messung der Leistungsabgabe sowohl eines gepulsten Lasers als auch einer kontinuierlichen Energiequelle Verwendung finden, wie beispielsweise eines kontinuierlichen Lasers, wobei die Messanordnung die in einem gewählten kurzen Zeitintervall absorbierte Energie anzeigt.