DD301560A7

DD301560A7 - DEVICE FOR DETECTING INTEGRAL RADIATION POWER

Info

Publication number: DD301560A7
Application number: DD33348989A
Authority: DD
Inventors: Albert Dr Ing Maslov; Georg Dr Ing Siegmund; Guenter Prof Dr Sc Techn Doerfel
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1993-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der integralen Strahlleistung. Objekte, auf die sich die Erfindung bezieht, sind Einrichtungen zur Messung oder Überwachung der Strahlleistung von Dauerstrichlasern, insbesondere von Infrarot-Hochleistungslasern. Erfindungsgemäß ist bei der Vorrichtung zur Erfassung der integralen Strahlleistung von Lasern mit Hilfe eines Strahlungssensors (3) und einer schräg durch den Laserstrahl rotierenden Speiche (7) mit reflektierender Oberfläche zur Teilstrahlauskopplung und Reflektion des Teilstrahls auf den Sensor (3) die aktive Fläche des Sensors keilförmig ausgebildet und ihre Ausdehnung in Keilrichtung mindestens so groß wie der maximale Laserstrahldurchmesser. Fig. 2{integrale Strahlleistung; Dauerstrichlaser; Infrarot-Hochleistungslaser; Strahlungssensor; Laserstrahl; rotierende Speiche; Teilstrahlauskopplung; Reflektion; Laserstrahldurchmesser; pyroelektrischer Sensor}The invention relates to a device for detecting the integral beam power. Objects to which the invention relates are devices for measuring or monitoring the beam power of continuous wave lasers, particularly high power infrared lasers. According to the invention, in the device for detecting the integral beam power of lasers with the aid of a radiation sensor (3) and a spoke (7) rotating at a slant through the laser beam with reflecting surface for partial beam extraction and reflection of the partial beam onto the sensor (3), the active surface of the sensor wedge-shaped and their extension in the wedge direction at least as large as the maximum laser beam diameter. Fig. 2 {integral beam power; Continuous wave laser; Infrared high power laser; Radiation sensor; Laser beam; rotating spoke; Partial beam extraction; reflection; Laser beam diameter; pyroelectric sensor}

Description

Characteristic of the known state of the art

Essii.d Laserleistungsmeßgeräte oekannt, welche im Durchgangsbetrieb arbeiten, d.h. nur einen sehr geringen Teil der gesamten Strahlleistung aus dem während der Messung nutzbaren Strahl für die Meßwertorfassung auskoppeln.Essii.d laser power meters are known, which operate in the transit mode, i. decouple only a very small part of the total beam power from the beam usable for the measurement during the measurement.

Nach der US-PS 4035088 erfolgt die Teilstrahlauskopplung mit Hilfe reflektierender senkrecht oder schräg zur Strahlachse durch den Strahl rotierender Speichen. Das von der Speiche reflektierte Strahlenbündel, dessen maximale Breite dem Laserstrahldurchmesser entspricht, wird mit Hilfe optischer Mittel U.B.Hohlspiegel) fokussiert und auf einen kalorimetrischen Leistungsmeßkopf mit relativ kleiner Empfängerflache gelenk'According to the US-PS 4035088 the partial beam extraction takes place with the help of reflecting perpendicular or obliquely to the beam axis through the beam rotating spokes. The beam reflected by the spoke, the maximum width of which corresponds to the laser beam diameter, is focused by means of optical means U. B. Hollow Mirror and directed to a calorimetric power measuring head with a relatively small receiver surface.

Ein Nachtail dieser Verfahrensweise besteht darin, daß diese ökonomisch sehr ungünstig und aufwendig ist. Die Ursache dafür ist darin zu suchen, daß hier notwendigerweise fokussierende optische Bauelemente, die sehr teuer sind, zum Einsatz kommen.A Nachtail this procedure is that this is economically very unfavorable and expensive. The reason for this is to be found in the fact that focusing optical components, which are very expensive, are necessarily used here.

Außerdem unterliegen diese optischen Bauelemente Umwelteinflüssen, so daß die Meßwertanzeige abhängig ist von Umwelt- und Alterungseinflüssen.In addition, these optical components are subject to environmental influences, so that the measured value is dependent on environmental and aging influences.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht in der Abhängigkeit der Meßwertanzeige von Form, Lage und Leistungsdichteprofil des Laserstrahls bei gleichbleibender integraler Strahlleistung. Die Ursache dieses Mangels ist prinzipbedingt. Bei rotierenden Speichen sind Abtastgeschwindigkeit und Abschwächungsgrad des Meßstrahles ortsabhängig, wodurch sich die o.g. geometrischen Eigenschaften des Laserstrahls verfälsrhend auf die Meßwertanzeige auswirken. In der bekannten Lösung sind keine Kompensationsmaßnahmen vorgesehen.Another disadvantage of this known device is the dependence of the measured value display of the shape, position and power density profile of the laser beam with a constant integral beam power. The cause of this defect is inherent in the principle. For rotating spokes, the scanning speed and the degree of attenuation of the measuring beam are location-dependent, resulting in the o.g. geometrical properties of the laser beam have a detrimental effect on the measured value display. In the known solution no compensation measures are provided.

Weiterhin ist die große Trägheit der Meßwertanzeige, die in der Verwendung kalorimetrischer Leistungssensoren begründet ist, nachteilig.Furthermore, the large inertia of the measured value display, which is due to the use of calorimetric power sensors, disadvantageous.

Ziol der ErfindungZiol of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer ökonomisch vorteilhaften Vorrichtung zur Erfassung der integralen Strahlleistung, deren Meßwertanzeige unabhängig von Form, Lage und Leistungsdichteprofil des Laserstrahls sowie von Umwelt- und Altorungseinflüssen ist und eine geringe Trägheit aufweist.The object of the invention is to provide an economically advantageous device for detecting the integral beam power, the measured value display is independent of the shape, position and power density profile of the laser beam and of environmental and Altorungseinflüssen and has a low inertia.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung der integralen Strahlleistung anzugeben, hei der auf teure und Umwelt-u no Alterungseinflüssen unterliegende fokussierende optische Bau elemente verzichtet werden kann und die die Ortsabhängigkeit von Abtastgeschwindigkeit und Abschwächungsgrad des Meßstrahls bei rotierenden Speichen kompensiert.The invention has for its object to provide an apparatus for detecting the integral beam power, the elements can be dispensed with expensive and environmental u n aging influences underlying focusing optical construction and compensates the location dependence of scanning speed and degree of attenuation of the measuring beam with rotating spokes.

Diese Aufgabe ist bei der Vorrichtung, bei der eine schräg durch den Laserstrahl rotierende Speiche mit reflektierender Oberfläche zur Auskopplung und Reflektion eines Teilstrahls auf einen pyroelektrischen Strahlungssensnr vorwendet wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aktive Fläche des Sensors keilförmig ausgebildet ist und ihre Ausdehnung in Koilrichtung mindestens so groß wie der maximale Laserstrahldurchmesser ist. Zweckmäßig ist die aktive Fläche des Sensors durch eine Blende mit keilförmigor Öffnung begrenzt. Vorteilhaft ist es, wenn der an sich bekannte flächenhafte pyroelektrische Sensor elektrisch und räumlich unmittelbar mit cinom ladungsempfindlichen Verstärker verbunden ist. Es ist weiterhin günstig, wenn der Triggeieingang des ladungsempfindlichen Verstärkers mit einer Triggereinrichtung zur Erfassung der Stellung der rotierenden Speiche verbunden ist.This object is achieved in the apparatus in which a rotating obliquely through the laser beam spoke with reflecting surface for coupling and reflection of a partial beam on a pyroelectric Strahlungssensnr, according to the invention achieved in that the active surface of the sensor is wedge-shaped and their extension in Koilrichtung at least as large as the maximum laser beam diameter. Suitably, the active surface of the sensor is limited by a diaphragm with wedge-shaped opening. It is advantageous if the known per se planar pyroelectric sensor is electrically and spatially connected directly to cinom charge-sensitive amplifier. It is furthermore advantageous if the trigger input of the charge-sensitive amplifier is connected to a trigger device for detecting the position of the rotating spoke.

Bei der erfindunp«<ge-näßen Vorrichtung kann somit auf die im Stand der Technik notwendigen teuren, Umwelt- und Alterungseinflüssen unterworfenen, fokussierenden optischen Bauelemente verzichtet werden.In the device according to the invention, it is thus possible to dispense with the expensive optical, environmental and aging influences, focusing optical components required in the prior art.

!fin weiterer Vorteil dor erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung besteht darin, daß hier die Ortsabhängigkeit von Abtastgeschwindigkeit und Abschwächungsgrad dos Meßstrahls bei rotiei enden Speichen und die damit verbundenen Ungenauigkeiten der Meßwertanzeige kompensiert wei den.Fin further advantage of the proposed device according to the invention is that here compensates the location dependence of scanning speed and degree of attenuation dosstrahlstrahl at rotai spokes ends and the associated inaccuracies in the measured value white the.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in nachstehenden Ausführung£beispie' näher erläutert.The device according to the invention is explained in greater detail in the following embodiment.

Ausführungsbeispielembodiment

Der in Fig. 2 dargestellte Meßkopf für die Erfassung der Strahlleistung des hindurchgeführten Laserstrahls besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 1 und einem abnehmbaren Flansch 2, auf dem der pyroelektrische Strahlungssensor 3 und der Motor 5 mit Speichenträger 6 befestigt sind. Der Sensor 3 ist hinter der Blende 4 angeordnet, die eine keilförmige Öffnung entsprechend Fig. 1 aufweist.The measuring head shown in Fig. 2 for detecting the beam power of the guided laser beam consists essentially of the housing 1 and a removable flange 2, on which the pyroelectric radiation sensor 3 and the motor 5 are fixed with spoke carrier 6. The sensor 3 is arranged behind the diaphragm 4, which has a wedge-shaped opening according to FIG. 1.

Die Geometrie der keilförmigen Blendenöffnung folgt dabei im wesentlichen der Gestalt des Geschwindigkeitsfeldes längs der Speiche 7 im Bereich der aktiven Sensorfläche. Die Speiche 7 ist unter einem Winkel von 60° zur Motorachse am Speichenträger 6 befestigt. Die Motorachse liegt in einer Ebene mit der Laserstrahlachse und nimmt zu dieser einen Winkel von 60° ein. Bei jeder Umdrehung des Motors 5 durchquert die Speiche 7 einmal den Laserstrahl, wobei ein Teil der auf die Speiche 7 auftreffenden Laserstrahlung von dieser Richtung des Sensors 3 reflektiert wird. Dieses Strahlenbündel verläuft parallel zur Motorachse und fällt senkrecht auf die aktive Fläche des Sensors 3 ein. Die Energie des auf den Sensor 3 treffenden Strahlungsimpulses als ein Maß für die gesamte Strahlungsleistung im Abtastquerschnitt ruft am Ausgang des Sensors 3 ein proportionales elektrisches Ladungssignal hervor. Dieses wird, gesteuert vom Triggersignal der Triggereinrichtung 8, von einem Ladungsverstärker (nicht dargestellt) in unmittelbarer Sensornähe aufbereitet und über Kabel zur Auswerteeinheit geführt.The geometry of the wedge-shaped aperture follows substantially the shape of the velocity field along the spoke 7 in the region of the active sensor surface. The spoke 7 is fixed at an angle of 60 ° to the motor axis on the spoke carrier 6. The motor axis lies in a plane with the laser beam axis and assumes an angle of 60 ° to this. With each revolution of the motor 5, the spoke 7 once traverses the laser beam, wherein a portion of the incident on the spoke 7 laser radiation is reflected from this direction of the sensor 3. This beam is parallel to the motor axis and perpendicular to the active surface of the sensor 3 a. The energy of the radiation pulse impinging on the sensor 3 as a measure of the total radiation power in the scanning cross section causes a proportional electrical charge signal at the output of the sensor 3. This is, controlled by the trigger signal of the trigger device 8, processed by a charge amplifier (not shown) in the immediate vicinity of the sensor and guided via cable to the evaluation unit.

Claims

1. Apparatus for detecting the integral beam power of lasers with a spoke (7) rotating at an angle through the laser beam and having a reflecting surface for coupling and reflecting a partial beam onto a pyroelectric radiation sensor (3), characterized in that the active area of the sensor (3) is wedge-shaped and its extension in the wedge direction is at least as large as the maximum laser beam diameter.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the active surface of the sensor is limited by a diaphragm (4) with wedge-shaped opening.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the planar pyroelectric sensor (3) is electrically and spatially connected directly to a charge-sensitive amplifier.

4. Apparatus according to claim 1 and 3, characterized in that the trigger input of the charge-sensitive amplifier with a trigger device (8) for detecting the position of the rotating spoke (7) is connected.

For this 1 page drawings
Field of application of the invention

The device relates to the field of laser technology. It can be used in devices for measuring or monitoring the beam power of continuous wave lasers, in particular high-power infrared lasers.