RU1795371C - Способ разделени пр мого и обратного световых потоков в лазерных доплеровских измерител х скоростей и лазерный доплеровский измеритель скорости потока обратного рассе ни - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и технической физике и может быть использовано в лазерных доплеровских системах, работающих в режиме обратного рассе ни . Целью изобретени   вл етс  уменьшение потерь мощности принимаемого в обратном направлении рассе нного излучени . Цель изобретени  достигаетс  тем, что излучение, рассе нное измерительной областью, преобразуют в коллимированный пучок, одновременно с пр мым лазерным излучением его модулируют и расщепл ют в режиме дифракции Рамана-Ната. А в лазерный доплеровский измеритель скорости потока обратного рассе ни  в канал формировани  изображени  измерительной области введен акустоопти- ческий модул тор-расщепитель 4, оптический сопр женный с первым 5 и согласующим 8 объективами, при этом ориентаци  акустооптического модул тора- расщепител  4 дл  принимаемого в обратном направлении рассе нного излучени  удовлетвор ет условию дифракции Рамана-Ната , 2 с.п.ф-лы, 1 ил. (л

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и технической физике и может быть использовано в лазерных доплеров- ских системах, работающих в режиме обратного рассе ни .

Известно устройство приема оптических сигналов способом разделени  пучков пр мого и пучка рассе нного назад света в пространстве, в котором одновременно существуют противоположно направленные пучки пр мого и рассе нного излучени , в котором операци  разделени  этих пучков осуществл етс  с помощью поворотного зеркала с отверсти ми дл  пр мых пучков, .Операци  разделени  пр мого лазерного пучка на три пр мых, причем два из них имеют частотный сдвиг, осуществл етс  двум  последовательно расположенными акустооптическими  чейками. Таким образом , дл  получени  малых измерительных объемов и хорошего отношени  сигнал/шум требуетс  увеличить апертуру пр мых пучков света, но при этом ухудшаетс  эффективность использовани  светосилы приемного объектива. Кроме того, используемое дл  разделени  пучков пр мого и рас- се нногр света зеркало с трем  отверсти ми под пр мые лучи громоздко и трудоемко в изготовлении, что усложн ет и удорожает всю конструкцию.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к данному  вл етс  устройство приема оптических сигналов способом разделени  пр мого и рассе нного назад света в пространстве, в котором одновременно существуют противоположно направленные пучки пр мого и пучок рассе нного излучени , содержащее последовательно расположенные лазер, поворотное зеркало, коллиматор, двухканальный двухчастотный акустооптический модул тор-расщепитель; коллиматор, поворотное зеркало, два объектива , согласующий объектив, поворотное зеркало, диафрагму и фотоприемник. Разделение пр мых и рассе нного пучков света осуществл етс  на поворотном зеркале, определ ющем предельную апертуру пр мых пучков. Поверхность зеркала, свободна  от отражающего покрыти , дает апертуру, оставшуюс  дл  пропускани  рассе нного назад света. .

Увеличение предельной апертуры пр мых лучей на поворотном зеркале, позвол ющее увеличить диаметр пр мых пучков света, дает с одной стороны возможность уменьшени  диаметра перет жки в измерительном объеме и увеличени  отношени  сигнал/шум, с другой стороны, уменьшает апертуру зеркала, приход щуюс  на прохождение рассе нного назад света, и тем самым, уменьшает мощность принимаемого рассе нного света и, следовательно, ухудшает отношение сигнал/шум. Кроме того,

используемое дл  разделени  пучков пр мого и пучка рассе нного назад света поворотное зеркало громоздко, трудно в изготовлении и удорожает конструкцию. Таким образом, недостатком.такого

0 способа и устройства, выполненного на его основе,  вл ютс  высокие потери принимаемого рассе нного света и сложность конструкции . ,

Целью изобретени   вл етс  уменыие5 ние потерь мощности принимаемого в обратном направлении рассе нхногр излучени .

На чертеже представлена структурна  схема устройства, где 1 - лазер; 2,3- линзы

0 первого коллиматора; 4 - акустооптический модул тор-расщепитель; 5 - первый объектив; 6 - второй коллиматор; 7 - второй объектив; 8 - согласующий объектив; 9 - диафрагма; 10 - фотоприемник.

5 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе приема оптических сигналов, заключающемс  в том, что пр мой лазерный пучок модулируют и расщепл ют в пр мом направлении, формируют измери0 тельную область в точке зондировани , при- нимают в обратном направлении рассе нный свет и формируют изображение измерительного объема на фотоприемнике, принимаемый рассе нный свет, распрост5 ран ющийс  в обратном направлении, колли: мируетс  и одновременно с пр мым лазерным пучком модулируетс , расщепл етс  и пространственно раздел етс  по углу между ос ми пр мого и рассе нного пучков

0 света.

При этом при пр мом распространении излучени  используетс  режим дифракции Брэгга, а в обратном распространении рассе нного излучени  используетс  режим

5 дифракции Рамана-Ната,

Дл  достижени  поставленной цели путем использовани  акустооптического модул тора-расщепител 4 дл  пространственного разделени  пучков пр 0 мого и рассе нного назад света в известном устройстве приема оптических сигналов лазерного доплеровского анемометра обратного рассе ни , содержащем передающий .канал, состо щий из последовательно рас5 положенных лазера, коллиматора, акустооптического модул тора-расщепител , коллиматора, первого и второго объективов, и канал формировани  изображени  измерительной области, содержащий согласую- щий объектив, диафрагму и фотоприемник,

фотоприемник установлен перед входной апертурой модул тора-расщепител  света, в канал формировани  изображени  измерительной области введен зкустооптиче- ский модул тор-расщепитель, оптически сопр женный с первым и согласующим объективом , при этом ориентаци  акустоопти- ческого модул тора-расщепител  дл  принимаемого в обратном направлении рассе нного излучени  удовлетвор ет уело- вию дифракции Рамана-Ната.

Устройство работает следующим образом ..

Лазерный луч направл етс  на акусто- оптический модул тор-расщепитель 4 под углом Брэгга, который можно отрегулировать перемещением линз коллиматора 2 и 3 перпендикул рно оптической оси. В модул торе-расщепителе 4 формируетс  акустическа  бегуща  фазова  решетка, на которой происходит дифракци  падающего пучка света. В результате входной пучок расщепл етс  на два пучка - пр мой и дифрагированный , смещенный по частоте на (О0, равную частоте колебаний, подаваемых на модул тор. Оптические элементы 5, б, 7 перенос т точку расщеплени  лучей в исследуемую область, где формируетс  измерительный объем. .Оптические неоднородности движущейс  среды, напри- мер, микрочастицы в жидкости или газе порождают рассе нный свет, имеющий доплеровский сдвиг частоты, определ емый скал рным произведением вектора компоненты скорости YX и волйового вектора оп- тической схемы . - Tt.x. Дл  дифференциальной схемы ЛДА величина о)g зависит от угла сходимости 2 «лазерных пучков, а его интенсивность определ етс  диаграммой рассе ни  и апертурой формирующего объектива. Направление распространени  рассе нного света центрировано относительно оптической оси устройства и отличаетс  от направлени  входного лазерного пучка на угол 0(фиг.1).

Таким образом, на некотором рассто нии от входной апертуры  чейки можно наблюдать пространственно разнесенные пр мой и рассе нный пучка света. Согласующий объектив 8 с диафрагмой 9 обеспечивают пространственную фильтрацию и перенос изображени  измерительного объема на фоточувствительную поверхность фотоприемника 10. Теоретическа  часть рассе нного света совпадает с ходом пр мого пучка. Поэтому идеального разделени  световых потоков в такой схеме достичь невозможно. Но в отличие от пр мого лазерного пучка, испытывающего Брэгговскую дифракцию, дл  рассе нного пучка света услови  Брэг- говс.кой дифракции не выполн ютс , а происходит дифракци  Рамана-Ната. С другой стороны, Рамановские дифракционные пор дки рассе нного света, если они-не смешиваютс  друг с другом и пр мым пучком, то они будут также порождать синфазные доплеровские сигналы. Таким образом, Ра- . мановска  дифракци  рассе нного света не порождает потери света и не ухудшает отношени  сигнал/шум.

В данном устройстве переориентаци   чейки 4 не требуетс , и пучок рассе нного света пропускаетс  через эту же  чейку, чтобы получить эффект разделени  потоков света.

Данное техническое решение позвол ет строить миниатюрные оптические устройства с м.алыми фокусными рассто ни ми, в то врем , как разделительное зеркало в устройстве-прототипе практи- чески полностью будет перекрывать рассе нный свет из-за большой апертуры пр мых лазерных пучков, Кроме того, така  конструкци  позвол ет мен ть взаимное расположение и гауссовы параметры фокусируемых пучков света в широких пределах , так как отсутствует разделительное зеркало, что  вл етс  определ ющим при построении перестраиваемых оптических схем.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ разделени  пр мого и обратного световых потоков в лазерных доплеров- скихизмерител х скоростей, заключающийс  в модулировании зондирующего лазерного пучка, расщеплении его в режиме дифракции Брэгга, передаче его в пр мом направлении, формировании измерительной области в точке зондировани , приеме рассе нного излучени  измерительной областью в обратном направлении и формировании изображени  измерительной

   области, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  отношени  сигнал/шум, излучение, рассе нное измерительной областью , преобразуют в коллимированный пучок , одновременно с пр мым лазерным излучением его модулируют и расщепл ют в режиме дифракции Рамана-Ната.
2. 2. Лазерный доплеровский измеритель скорости потока обратного рассе ни , содержащий передающий канал, состо щий из последовательно установленных и оптически сопр женных лазера, первого коллиматора,

   акустооптического модул тора-расщепител , снабжённого генератором, первого объектива , второго коллиматора и второго объектива, а также канал формировани  изображени  измерительной области, состо щий из оптически сопр женных согласующего объектива, диафрагмы и фотопрйемника, при этом акустооптический модул тор-расщепитель установлен под углом Брэгга к пр мому излучению, о т л и ч аю щ и и с   тем, что, с целью увеличени  отношени  сигнал/шум, в канал формировани  изображени  измерительной области введен акустооптический модул тор-расщепитель , оптически сопр женный с первым и согласующим объективом, при этом ориентаци  акустооптического модул тора-расщепител  дл  принимаемого в обратном направлении рассе нного излучени  удовлетвор ет условию дифракции Рамана-Ната.