RU2017085C1 - Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2017085C1
RU2017085C1 SU884459302A SU4459302A RU2017085C1 RU 2017085 C1 RU2017085 C1 RU 2017085C1 SU 884459302 A SU884459302 A SU 884459302A SU 4459302 A SU4459302 A SU 4459302A RU 2017085 C1 RU2017085 C1 RU 2017085C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
polarizing
laser radiation
attenuator
laser
Prior art date
Application number
SU884459302A
Other languages
English (en)
Inventor
В.М. Иванов
Original Assignee
Иванов Владимир Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иванов Владимир Михайлович filed Critical Иванов Владимир Михайлович
Priority to SU884459302A priority Critical patent/RU2017085C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2017085C1 publication Critical patent/RU2017085C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Использование: способ передачи размера единицы средней мощности или энергии предназначен для калибровки эталонов, поверочных установок и средств измерения мощности и энергия лазерного излучения. Сущность: способ заключается в том, что из входного лазерного излучения формируются два пучка с известным соотношением средних мощностей (энергией), один из которых направляют на эталонное (образцовое) средство измерений, а другой - на аттестуемое (поверяемое) средство измерений. Сравнивая с учетом соотношения средних мощностей (энергий) одновременные показания обоих средств измерений, определяют основную погрешность аттестуемого (поверяемого) средства измерений. Устройство для реализации способа содержит соосно последовательно размещенные лазерный излучатель, затвор, поляризационный делитель, содержащий линейный поляризатор и двухлучевой поляризационный элемент, причем линейный поляризатор выполнен с возможностью вращения вокруг оси лазерного излучателя. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам и устройствам передачи размера единиц физических величин.
Известны способы передачи размера единицы средней мощности непрерывного и энергии импульсного лазерного излучений от рабочего эталона к образцовому средству измерений (ОСИ) и от ОСИ к рабочему средству измерений, основанные на использовании метода прямых измерений [1,2].
Известные способы одновременного воспроизведения и передачи размера единиц СМ и Э лазерного излучения и устройства, реализующие их, выбраны в качестве прототипа. Основными недостатками прототипа являются следующие.
Большие затраты времени на аттестацию ОСИ в нескольких точках диапазона измерений, обусловленные необходимостью калибровки эталонного преобразователя в каждой точке за счет измерения поступающей на его вход СМ или Э лазерного излучения, приводят к существенному снижению производительности аттестационно-поверочных работ.
Сильная зависимость изменения коэффициента Ki от угла поворота платформы, особенно при Ki>103. Так, в последнем случае поворот платформы менее чем на 2о приводит к изменению Ki от 103 до 107, т.е. на четыре порядка. Данная зависимость существенно усложняет выставку значения Ki=Kзад. и приводит к значительному возрастанию погрешности передачи размера единиц СМ или Э лазерного излучения с ростом Ki.
Высокие требования к точности изготовления платформы и жесткости ее конструкции, а также к точности установки и жесткости крепления излучателя на платформе. Так, при вращении платформы на угол ± 45онаибольшее смещение центра лазерного пятна в плоскости апертур приемных элементов первичных измерительных преобразователей эталона и образцового средства измерений не должно превышать 0,5 мм для уменьшения влияния зонной составляющей погрешности этих преобразователей. Учитывая, что расстояние между излучателем лазера и первичными измерительными преобразовате- лями составляет ≈ 2,0 м, то максимальное угловое отклонение лазерного пучка от оптической оси эталона (поверочной установки), обусловленное указанными выше факторами, не должно превышать 50 угл.сек.
Цель изобретения - разработка способа передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения, обеспечивающего повышение производительности аттестационно-поверочных работ в случае аттестации средства измерений в нескольких точках его диапазона измерений при одновременном повышении точности передачи размера единиц физических величин, а также устройства, реализующего данный способ.
Указанная цель достигается поляризационным делением лазерного излучения на два пучка с последующим поляризационным ослаблением одного (поступающего на измерительный преобразователь аттестуемого или поверяемого средства измерений) из этих пучков.
Сущность предлагаемого способа состоит в совокупности операций, выполняемых в следующей последовательности:
а) генерируют непрерывное (для передачи размера единицы СМ) или импульсное (для передачи размера единицы энергии) лазерное излучение:
б) осуществляют с помощью поляризатора линейную поляризацию лазерного излучения;
в) делят линейно-поляризованное лазерное излучение с помощью двулучевой призмы поляризационного делителя на два пучка (импульса) с взаимно ортогональными плоскостями поляризации, т.е. на обыкновенный и необыкновенный лазерные пучки, направляют один из лазерных пучков (например, обыкновенный) непосредственно на измерительный преобразователь эталона или ОСИ, а другой (необыкновенный) - через поляризационный ослабитель на измерительный преобразователь аттестуемого или поверяемого средства измерений;
г) перед передачей размера единицы выставляют поляризационный ослабитель в исходное положение, при котором он имеет коэффициент ослабления поляризационных элементов, равный 1,0. Известно, что коэффициент ослабления одноступенчатого (состоит из двух) и двухступенчатого (состоит из трех элементов) поляризационных ослабителей определяется соответственно формулами
γ1=
Figure 00000001
=
Figure 00000002
;;
Figure 00000003
Figure 00000004
=
Figure 00000005
,, (1) где φ - угол между осями поляризационных элементов (призм) ослабителя;
Р2( φi=0) - средняя мощность лазерного пучка на выходе поляризационного ослабителя при параллельном расположении осей призм, т.е. когда φi = 0;
Р2i= φ) - средняя мощность лазерного пучка на выходе поляризационного ослабителя при угле между осями призм, равном φ.
Очевидно, что коэффициенты ослабления поляризационных ослабителей будут иметь аналогичные выражения и при ослаблении импульсного лазерного излучения.
После того, как выставлен γ = 1,0 с помощью линейного поляризатора поворачивают плоскость поляризации лазерного излучения, падающего на двухлучевую призму поляризационного делителя, на угол, при котором средние мощности (энергии) лазерных пучков (импульсов) на входах обоих измерительных преобразователей, указанных в операции в) одинаковы. Это соответствует коэффициенту деления лазерного излучения Ki=1,0.
В общем случае Ki характеризует отношение средней мощности Р1непрерывного или энергии Е1 импульса лазерного излучения на входе измерительного преобразователя эталона или ОСИ к средней мощности Р2i) непрерывного или энергии Е2i) импульса лазерного излучения на входе измерительного преобразователя аттестуемого (поверяемого) средства измерений, т. е.
Ki=
Figure 00000006
,, Ki=
Figure 00000007
. (2)
При применении поляризационных ослабителей, состоящих из двух и трех призм, коэффициент деления лазерного излучения определяется соответственно формулами
K1i=
Figure 00000008
, K2i=
Figure 00000009
.. (3)
Выполнение условий γ = 1,0 и P1 = Р2i = 0) или Е1 = Е2i = 0) контролируют с помощью двух эталонных измерительных преобразователей на эталоне и двух ОСИ на поверочной установке. При этом контроль за выполнением этих условий достаточно проводить один раз в течение межповерочного интервала эталона или поверочной установки, так как поляризационный делитель и ослабитель обладают стабильными характеристиками, определяемыми свойствами материалов, из которых изготовлены их поляризационные элементы;
д) осуществляют сначала передачу размера единицы от эталона или ОСИ к аттестуемому (поверяемому) средству измерений при Ki=1,0, a затем при Ki= Kзад. В последнем случае поворачивают подвижную призму поляризационного ослабителя на угол φзад, определяемый выражениями
φзад=arcCosK
Figure 00000010
- для одноступенчатого ослабителя; или
φзад=arcCosK
Figure 00000011
- для двухступенчатого ослабителя.
Показания Раа) аттестуемого (поверяемого) средства измерений должны соответствовать значениям Ра I или Еа I, рассчитываемым по формулам
Ра I = P1/Ki или Ea I = E1/Ki, где Р1, Е1 - значения средней мощности непрерывного и энергии импульса лазерного излучения, измеренные эталоном или ОСИ.
В предложенном способе определение основной погрешности измерений аттестуемого (поверяемого) средства измерений в любой заданной точке его диапазона измерений осуществляется в соответствии с выражениями
Δ Р = Ра I - Pa или Δ Е = Еа I - Ea.
Сравнение предлагаемого способа со способом-прототипом показывает следующее.
В предлагаемом способе один из выходных лазерных пучков поляризационного делителя направляют непосредственно на измерительный преобразователь эталона (ОСИ), а другой через поляризационный ослабитель - на измерительный преобразователь аттестуемого (поверяемого) средства измерений. В прототипе оба выходных лазерных пучка поляризационного делителя направляют непосредственно на измерительные преобразователи указанных средств измерений.
В предлагаемом способе операция по определению коэффициента τ поляризационного делителя исключена, в прототипе она является одной из основных.
В предлагаемом способе введена операция выставки поляризационного ослабителя в исходное состояние, при котором у него коэффициент ослабления γ = 1,0, что соответствует φi = 0. Эта операция в прототипе отсутствует.
В предлагаемом способе установка Ki = = Kзад осуществляется путем поворота подвижного элемента поляризационного ослабителя на угол φi = φзад. При этом значение угла φзад может быть любым в пределах от 0 до ± 90о, в то время как в прототипе значение угла Δα может изменяться в пределах от 0 до ± 45о. Этим достигается более плавный характер изменения Ki от угла φi по сравнению с прототипом.
Из сопоставительного анализа следует, что предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".
Существенными признаками заявляемого способа являются следующие:
тождественное равенство между коэффициентом деления Ki лазерного излучения и коэффициентом ослабления γi поляризационного ослабителя;
сохранение значения средней мощности (энергии) лазерного излучения на входе измерительного преобразователя эталона (ОСИ) при изменении Ki, это особенно важно для эталона, так как исключает необходимость его перекалибровки при каждом изменении Ki;
исключение необходимости определения коэффициентов пропускания элементов оптического тракта эталона или поверочной установки за счет выполнения условия Р1 = = Р21 = Е2).
На чертеже показана структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.
Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, состоит из лазера 1 непрерывного излучения, электромеханического затвора 2, поляризационного делителя 3, состоящего из соосно расположенных друг за другом линейного поляризатора 4 и двухлучевой призмы 5, измерительного преобразователя 6 эталона или ОСИ, установленного непосредственно на пути распространения одного из выходных пучков поляризационного делителя 3, поляризационного ослабителя 7 и измерительного преобразователя 8 аттестуемого или поверяемого средства 9 измерений, последовательно установленных на пути другого лазерного пучка, выходящего с поляризационного делителя 3. Электрические сигналы с измерительных преобразователей 6 и 8 поступают соответственно на аппаратуру измерения эталона или индикаторный блок ОСИ и индикаторный блок 10 аттестуемого (поверяемого) средства измерений.
Устройство работает следующим образом. Включаются лазер 1, аппаратура измерения эталона (ОСИ) и аттестуемое (поверяемое) средство измерений в соответствии с их инструкциями эксплуатации. По угломерному лимбу поляризационного ослабителя 7 выставляется угол φi = 0, что cоответcтвует Ki = 1,0. С помощью затвора 2 подается непрерывное или импульсное лазерное излучение на поляризационный делитель 3, который делит лазерное излучение на два луча, один из которых поступает непосредственно на измерительный преобразователь 6, а другой - через поляри- зационный ослабитель 7 на измерительный преобразователь 8. Снимается серия одновременных показаний обоих средств измерений, которая фиксируется как результат передачи размера единицы средней мощности (энергии) лазерного излучения от эталона (ОСИ) к аттестуемому (поверяемому) средству 10 измерений при Ki = 1,0.
Затем по пункту д) предлагаемого способа рассчитывают для поляризационного ослабителя 7 ряд значений углов φi, соответствующих контролируемым точкам диапазона измерений аттестуемого (поверяемого) средства измерений. По угломерному лимбу ослабителя 7 выставляется угол φi1 и вновь снимается серия одновременных показаний обоих средств измерений, которая фиксируется как результат передачи размера единицы средней мощности (энергии) лазерного излучения от эталона (ОСИ) к аттестуемому (поверяемому) средству 10 измерений при Ki = K1. В других контролируемых точках диапазона измерений аттестуемого (поверяемого) средства измерений устройство работает аналогично.
Устройство, реализующее заявляемый способ, отличается от устройства-прототипа тем, что излучатель лазера не требует для своего размещения поворотной платформы (обеспечивается существенное упрощение конструкции устройства) и введен поляризационный ослабитель, устанавливаемый перед измерительным преобразователем аттестуемого (поверяемого) средства измерений. Данные отличия показывают на соответствие устройства критерию "новизна".
Устройство, реализующее заявляемый способ, обладает существенными признаками, присущими данному способу. Сравнение заявленного объекта не только с прототипами, но и с другими техническими решениями в измерительной технике показывает на отсутствие решений со сходными признаками, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
Осуществлена экспериментальная проверка предложенных способа и устройства с использованием следующей аппаратуры: лазер непрерывного излучения типа ЛГН-503; электромеханический затвор типа ЗС14.000; призмы из состава электрооптических модуляторов МЛ-3; измерительный преобразователь типа ПИ-1 с аппаратурой калибровки и измерения его выходных сигналов из состава рабочего эталона средней мощности лазерного излучения, либо измерительный преобразователь типа ПМ-2 с аппаратурой калибровки и измерения его выходных сигналов из состава рабочего эталона энергии импульсного лазерного излучения; измерительный преобразователь типа ПМ-4 (для СМ) и типа ПИ-5 (для энергии); специализированный цифровой вольтметр типа Щ 68006 (для СМ) и типа Щ 68005 (для энергии).
Измерительный преобразователи 6 и 8 размещаются в термокамере, разработанной заявителем.
В поляризационном ослабителе в качестве угломерного устройства используется оптическая делительная головка типа ОДГ-5.
Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить производительность аттестационно-поверочных работ, особенно на эталонах, за счет исключения затрат времени на перекалибровку их измерительных преобразователей при аттестации (поверке) средства измерений.
Заявленные способ и устройство передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения могут найти широкое применение при разработке и эксплуатации эталонов и поверочных установок.
Аппаратурная реализация данного способа и устройства технических трудностей не вызывает.

Claims (2)

1. Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения, состоящий в том, что непрерывное или импульсное лазерное излучение линейно поляризуют, пучок линейно-поляризованного лазерного излучения делят с помощью двухлучевого поляризационного элемента на обыкновенный и необыкновенный лазерные пучки, один из которых направляют на измерительный преобразователь эталона или образцового средства измерений, а другой - на измерительный преобразователь аттестуемого средства измерений, причем первоначально выравнивают средние мощности пучков или энергий импульсов лазерного излучения на входах обоих измерительных преобразователей, устанавливают заданное значение коэффициента деления Ki средней мощности или энергии импульсов лазерного излучения между двумя пучками, по показаниям обоих средств измерений определяют основную погрешность аттестуемого средства измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности аттестационно-поверочных работ при одновременном снижении погрешности передачи размера единиц физических величин, перед измерительным преобразователем аттестуемого средства измерений устанавливают поляризационный ослабитель, коэффициент ослабления которого первоначально выставляют равным 1,0, а затем для получения заданного коэффициента Ki поворачивают подвижный элемент поляризационного ослабителя на угол αi , определяемый по формуле
αi= arccos(Ki)
Figure 00000012
- для одноступенчатого ослабителя,
или
αi= arccos(Ki)
Figure 00000013
- для двухступенчатого ослабителя,
где αi - угол поворота подвижного элемента поляризационного ослабителя от положения, при котором его коэффициент ослабления равен 1,0.
2. Устройство для передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения, содержащее соосно и последовательно размещенные друг за другом лазерный излучатель, затвор, поляризационный делитель, состоящий из линейного поляризатора и двухлучевого поляризационного элемента, а также измерительные преобразователи эталона или образцового средства измерений и аттестуемого средства измерений, установленные в направлениях распространения выходных лазерных пучков поляризационного делителя, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности аттестационно-поверочных работ при одновременном снижении погрешности передачи физических величин, перед измерительным преобразователем аттестуемого средства измерений размещен поляризационный ослабитель, а линейный поляризатор выполнен с возможностью вращения вокруг оптической оси лазерного излучения и установлен в положении, при котором для начального коэффициента ослабления поляризационного ослабителя, равного единице, выполняется условие равенства средней мощности либо энергии импульсов лазерного излучения на входах обоих измерительных преобразователей.
SU884459302A 1988-07-12 1988-07-12 Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления RU2017085C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884459302A RU2017085C1 (ru) 1988-07-12 1988-07-12 Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884459302A RU2017085C1 (ru) 1988-07-12 1988-07-12 Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2017085C1 true RU2017085C1 (ru) 1994-07-30

Family

ID=21389203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884459302A RU2017085C1 (ru) 1988-07-12 1988-07-12 Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2017085C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626064C1 (ru) * 2016-04-26 2017-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров
RU2634370C1 (ru) * 2016-05-25 2017-10-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне
RU2684435C1 (ru) * 2017-10-10 2019-04-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка
RU2757471C1 (ru) * 2021-01-28 2021-10-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Способ калибровки/поверки средства измерений мощности лазерного излучения

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. ГОСТ 8.275-78 Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений средней мощности лазерного излучения в диапазоне длин волн 0,3 - 12,0 мкм. *
2. Иващенко П.А. и др. Измерение параметров лазеров. М., Изд-во стандартов, 1982, с.96-98. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626064C1 (ru) * 2016-04-26 2017-07-21 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров
RU2634370C1 (ru) * 2016-05-25 2017-10-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне
RU2684435C1 (ru) * 2017-10-10 2019-04-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка
RU2757471C1 (ru) * 2021-01-28 2021-10-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Способ калибровки/поверки средства измерений мощности лазерного излучения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4571085A (en) Reflectometer based on optical cavity decay time
GB1313057A (en) Magneto-optical probes
RU2017085C1 (ru) Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления
CN104568391A (zh) 双光路切换互参考高精度aotf性能测试方法及装置
US5517022A (en) Apparatus for measuring an ambient isotropic parameter applied to a highly birefringent sensing fiber using interference pattern detection
US4171910A (en) Retroreflectance measurement system
US3924444A (en) Ultrasonic calibration device
GB2209841A (en) Microwave network analyser
US4385237A (en) Optical dosimeter
CN115236681A (zh) 基于量子纠缠光子对的三维定位系统及定位方法
RU2687303C1 (ru) Способ калибровки/поверки средств измерения мощности лазерного излучения
Borra Polarimetry at the coudé focus: instrumental effects.
Jarvis et al. Absolute polarization measurements in proton scattering in the 140 MeV energy range
GB796661A (en) Optical arrangement for comparing the transmission ratio of a sample with a standard
Robinson et al. A comparison of hydrophone calibration by free-field reciprocity and by optical interferometry in the frequency range 200kHz to 1MHz
RU2757471C1 (ru) Способ калибровки/поверки средства измерений мощности лазерного излучения
SU692340A1 (ru) Способ измерени пространственного распределени плотности энергии импульсного излучени
West et al. Polarization errors associated with birefringent waveplates
SU1157416A1 (ru) Многолучевой интерференционный эллипсометр
Wright et al. Spectrophotometric studies of ultra low loss optical glasses lll: ellipsometric determination of surface reflectances
SU684299A1 (ru) Способ измерени толщины тонких пленок на подложках
SU699466A1 (ru) Осветитель с регулируемой степенью пол ризации света
CN117723269A (zh) 一种用于Nd:YAG激光器的偏振测量系统及方法
SU1281986A1 (ru) Способ определени коэффициента пропускани средой волны электромагнитного излучени
Gindele et al. Polarization effects in optical free space communications