RU2634370C1 - Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне - Google Patents

Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне Download PDF

Info

Publication number
RU2634370C1
RU2634370C1 RU2016120318A RU2016120318A RU2634370C1 RU 2634370 C1 RU2634370 C1 RU 2634370C1 RU 2016120318 A RU2016120318 A RU 2016120318A RU 2016120318 A RU2016120318 A RU 2016120318A RU 2634370 C1 RU2634370 C1 RU 2634370C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
laser
rsi
laser radiation
range
Prior art date
Application number
RU2016120318A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Владимирович Улановский
Аркадий Михайлович Райцин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
Priority to RU2016120318A priority Critical patent/RU2634370C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634370C1 publication Critical patent/RU2634370C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/08—Arrangements of light sources specially adapted for photometry standard sources, also using luminescent or radioactive material

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области измерительной техники и касается вторичного эталона единицы энергии лазерного излучения. Эталон включает в себя источник лазерного излучения, делительную пластину, контрольный измерительный преобразователь энергии лазерного излучения, ослабитель энергии лазерного излучения, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер. Ослабитель выполнен в виде вращающегося диска с четырьмя отверстиями, в трех из которых установлены нейтральные фильтры. Эталон снабжен интегрирующей сферой с входным, выходным и дополнительным отверстиями. В дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой поток, по ходу которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток. В выходном отверстии установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов, на концах которых установлены нейтральные фильтры, спектральные фильтры и фотоприемные устройства. Технический результат заключается в увеличении точности, расширении диапазона энергий и спектрального диапазона калибровки и поверки рабочих средств измерения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к области технической физики и измерительной техники, в частности - обеспечению высокоточной калибровки и поверки средств измерений энергии лазерного излучения.
Из уровня техники известна существующая метрологическая база для калибровки и поверки лазерных джоульметров, основанная на применении вторичного эталона единицы энергии. Основным его элементом является эталонный измерительный преобразователь энергии лазерного излучения термоэлектрического типа, на основе которого построена функциональная схема вторичного эталона, приведенная в [1].
Эталон обеспечивает воспроизведение и передачу единицы энергии нано- и пикосекундных лазерных импульсов на длинах волн 0,532 мкм, 1,064 мкм и 1,54 мкм в диапазоне энергий 5⋅10-3 ÷ 5⋅10-1 Дж с погрешностями ≈1% и ≈0,5% соответственно.
Современные лазерные джоульметры (рабочие средства измерений далее РСИ) энергии лазерных импульсов имеют более широкий энергетический диапазон измерений 10-12 ÷ 5⋅10-1 Дж. Необходимость измерения энергии на различных длинах волн в широком энергетическом диапазоне требует введения отдельных спектральных измерительных каналов с фотодиодами, оптимальными по спектральной чувствительности к измеряемой длине волны.
В связи с этим возникает задача воспроизведения и передачи единицы энергии от вторичного эталона, имеющего указанный выше динамический диапазон энергий РСИ, работающего в диапазонах меньших уровней энергии в расширенном спектральном диапазоне.
Известно устройство [2], позволяющее осуществлять передачу единицы энергии, содержащее 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. Однако устройство не обеспечивает требуемый диапазон энергий для калибровки и поверки РСИ из-за технической сложности калибровки с высокой точностью поляризационных делителей устройства в широком энергетическом диапазоне.
Для решения поставленной задачи применяется вторичный эталон единицы энергии с френелевским ослабителем [3] для канала малых уровней энергии, входящий в состав вторичного эталона [1], являющегося наиболее близким аналогом предлагаемого эталонного устройства и позволяющего в результате передачи единицы энергии производить калибровку и поверку РСИ в диапазоне 5⋅10-7 ÷ 5⋅10-1 Дж.
Однако применение в эталоне упомянутого ослабителя [3] не обеспечивает полного перекрытия требуемого диапазона энергий, предъявляет жесткие требования к его юстировке, неизменности юстировки при воздействии внешних факторов, приводящих к увеличению погрешности, а также приводит к погрешности, обусловленной изменением плоскости поляризации, характеризуется большими габаритами, что существенно при эксплуатации транспортируемых эталонных комплексов.
Кроме того, для применения такого ослабителя на различных длинах волн требуется его отдельная независимая калибровка.
Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в создании высокоточного устройства для калибровки и поверки лазерных джоульметров, обеспечивающего работу в расширенном диапазоне энергий лазерного пучка и в расширенном спектральном диапазоне.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в увеличении точности калибровки и поверки РСИ и расширении диапазона энергий и спектрального диапазона, в котором вторичный эталон обеспечивает калибровку и поверку РСИ. Предлагаемое устройство для калибровки и поверки лазерных джоульметров позволяет устранить указанные выше недостатки.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что во вторичном эталоне единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров, содержащем источник лазерного излучения, оптическую делительную пластину, контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения, работающий на требуемой длине волны лазерного излучения, оптический ослабитель энергии лазерного излучения, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер, оптический ослабитель энергии лазерного излучения выполнен в виде вращающегося диска с четырьмя отверстиями, в трех из которых установлены входные нейтральные фильтры, а эталон снабжен интегрирующей сферой, расположенной после оптического ослабителя энергии лазерного излучения, с входным, выходным и дополнительным отверстиями, внутренняя поверхность которой покрыта диффузно-отражающим покрытием, в дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой проходящий поток, на пути которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток, входное и дополнительное отверстия выполнены таким образом, что их центры расположены на оси прямого проходящего потока, а в выходном отверстии интегрирующей сферы установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов, на концах которых последовательно установлены выходные нейтральные фильтры, спектральные фильтры и фотоприемные устройства для работы на различных длинах волн и диапазонах энергии.
Изобретение основано на введении по меньшей мере двух спектральных измерительных каналов для различных длин волн, оптимальных по спектральной чувствительности, что позволяет использовать фотодиоды, имеющие высокую спектральную чувствительность на оптимальной для конкретного фотодиода длине волны и тем самым обеспечивать возможность независимой регулировки чувствительности каналов, что повышает точность калибровки и поверки, а также - на введении четырех раздельных попарно взаимно-перекрывающихся, приблизительно в одном порядке энергий диапазонов калибровки и поверки, охватывающих требуемый динамический диапазон (Фиг. 1) и в создании алгоритма обработки измеряемых сигналов в каждом диапазоне. Разбиение на четыре диапазона обусловлено, тем, что применяемые в заявляемом изобретении фотоприемные устройства (ФПУ) имеют высокую линейность в пределах трех десятичных порядков и в совокупности перекрывают весь требуемый диапазон измерений.
На Фиг. 2 приведена функциональная схема заявляемого устройства в предпочтительном варианте его осуществления.
Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров содержит источник лазерного излучения 1, оптическую делительную пластину 2, контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения 3, оптический ослабитель энергии лазерного излучения 30, калориметрический эталонный измерительный преобразователь 26, блок управления 28 и компьютер 29. Оптический ослабитель энергии лазерного излучения 30 выполнен в виде вращающегося диска 8 с четырьмя отверстиями, в трех из которых, 5, 6 и 7, установлены входные нейтральные фильтры, необходимые для ослабления сигнала от эталонного источника лазерного излучения 1, которые выполнены, например, из оптического стекла НС-2. Эталон снабжен интегрирующей сферой 9, выполненной из металла, например из дюралюминиевого сплава Д16, расположенной после оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30 с входным, выходным и дополнительным отверстиями, внутренняя поверхность 10 которой покрыта диффузно-отражающим покрытием, например светотехнической эмалью типа А243. В дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина 11, выполненная из оптического стекла, например марки К-8, и разделяющая лазерное излучение на прямой проходящий поток, на пути которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь 26, и диффузно-отраженный поток. Входное и дополнительное отверстия выполнены таким образом, что их центры расположены на оси прямого проходящего потока. В выходном отверстии интегрирующей сферы 9 установлен вход 12 волоконно-оптического коллектора 31, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов 13 (по три для каждого спектрального канала), на концах 14 и 20 которых последовательно установлены выходные нейтральные фильтры 15 и 21 соответственно, выполненные из нейтрального стекла, например марки НС-2, спектральные фильтры 16 и 22 соответственно и фотоприемные устройства первого спектрального канала 17, 18, 19 и фотоприемные устройства второго спектрального канала 23, 24, 25 для работы на разных длинах волн и в различных диапазонах энергии.
Сущность предлагаемого устройства, обеспечивающего достижение результата, состоит в том, что для каждого спектрального канала калибровка устройства, позволяющая охватить весь требуемый динамический диапазон энергий, содержит четыре этапа. На первом этапе расширения диапазона не требуется и его калибровка должна повторять работу вторичного эталона энергий в диапазоне I. На втором этапе по эталонному термоэлектрическому измерительному преобразователю энергии (ЭП) 26 калибруется ФПУ1 17 для первого спектрального канала (ФПУ4 23 для второго спектрального канала) в диапазоне II и к нему переходят функции вторичного эталона (рабочий эталон 1 разряда), на третьем этапе по ФПУ1 17 (ФПУ4 23) калибруется ФПУ2 18 для первого спектрального канала (ФПУ5 24 для второго спектрального канала)) в диапазоне III и к нему переходят функции рабочего эталона 1 разряда (рабочий эталон 2 разряда), на четвертом этапе по ФПУ2 18 (ФПУ5 24) калибруется ФПУ3 19 для первого спектрального канала (ФПУ6 25 для второго спектрального канала) в диапазоне IV и к нему переходят функции рабочего эталона 2 разряда (рабочий эталон 3 разряда). Фотоприемные устройства первого спектрального канала (ФПУ1, ФПУ2, ФПУ3), 17,18,19 снабжены фотодиодами, например, типа S2386, работающими на длине волны 0,532 мкм, фотоприемные устройства второго спектрального канала (ФПУ4, ФПУ5, ФПУ6) 23,24,25 снабжены фотодиодами, например, типа G8370, работающими на длинах волн 1,06 мкм и 1,54 мкм, и обеспечивают возможность калибровки устройства в диапазонах энергий II, III и IV соответственно. Каждый из выходных нейтральных фильтров 15 и 21 подбирается таким образом, что обеспечивает работу соответствующего фотоприемного устройства в диапазоне его линейности. Спектральные фильтры 16 и 22, выполненные, например, из стекла ЗС-11, для первого спектрального канала и ИКС-1 для второго спектрального канала необходимы для устранения влияния паразитной гармоники излучения на результат измерения. Сигналы с фотоприемных устройств 17-19 и 23-25 поступают через блок управления 28 в компьютер 29, где обрабатываются по описываемому ниже алгоритму.
Работа устройства описана в разделах «Калибровка устройства» и «Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазонах I-IV».
Калибровка устройства
Сначала производится калибровка предлагаемого устройства, для первого спектрального канала, включающая четыре этапа. На первом этапе калибровка производится по ЭП 26 от импульсов лазерного излучения в диапазоне I энергий. В тракт лазерного излучения вводится отверстие 4 без нейтрального фильтра оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенное на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. Оптический сигнал источника лазерного излучения 1, проходя через светоделительную пластину 2, выполненную, например, из стекла марки K-8, разделяется на прямой и отраженный пучки. Энергия излучения на выходе пластины 11 должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона I. Отраженный от светоделительной пластины 2 лазерный пучок поступает на контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения (КП) 3, являющийся средством контроля относительного изменения энергии импульсного лазерного излучения, а прямой пучок через отверстие 4 - поступает во входное отверстие интегрирующей сферы 9. Основная часть прямого пучка излучения проходит сквозь дополнительное отверстие интегрирующей сферы 9 и через пластину 11, вектор нормали к которой расположен под углом 6-8° относительно оси излучения, и поступает на вход (ЭП) 26. Отраженный от пластины 11 поток излучения, многократно отражаясь от внутренней поверхности 10 интегрирующей сферы 9 по закону Ламберта, представляет собой диффузно-отраженный поток, который через выходное отверстие интегрирующей сферы 9 поступает на вход 12 волоконно-оптического коллектора 31. Его угол обзора α должен быть таким, что собирает диффузно-отраженное излучение с области, характеризующееся равномерностью распределения интенсивности, что уменьшает влияние зонной характеристики устройства на результат калибровки и поверки, что увеличивает его точность. Наличие небольшого угла расположения пластины 11 уменьшает влияние поляризации лазерного пучка и обеспечивает первое отражение от нее в область интегрирующей сферы, не совпадающей как с прямым излучением, так и расположением волоконно-оптического коллектора, что необходимо для получения точных результатов калибровки и поверки.
Волоконно-оптический коллектор 31 распределяет диффузно-отраженный поток по шести светопроводам 13 (по трем для каждого спектрального канала). Затем диффузно-отраженный поток поступает на выходные нейтральные фильтры 15, расположенные на концах 14 светопроводов 13, спектральные фильтры 16 первого спектрального канала и далее - на фотоприемные устройства первого спектрального канала 17, 18, 19 и также - на выходные нейтральные фильтры 21, расположенные на концах 20 светопроводов 13, спектральные фильтры 22 второго спектрального канала и на фотоприемные устройства второго спектрального канала 23,24,25, подключаемые к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 при работе в диапазонах II, III и IV соответственно (Фиг. 1).
Для работы в диапазоне I производится одновременное измерение энергии
Figure 00000001
, поступающей на вход приемника 19, и выходного сигнала КП 3
Figure 00000002
. Определяется и запоминается коэффициент преобразования K1 для первого диапазона КП/ЭП, равный
Figure 00000003
.
На втором этапе в одной из общих точек взаимно перекрывающихся диапазонов I и II производится калибровка устройства в диапазоне II.
В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 5 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. Энергия излучения на выходе пластины 11 после ослабления должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона II. Путь прохождения оптического сигнала источника лазерного излучения 1 повторяет описанный на первом этапе. В данном случае к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 подключается фотоприемное устройство 17. На втором этапе производится одновременное измерение энергии
Figure 00000004
, поступающей на вход приемника 26, и сигнала с фотоприемного устройства 17
Figure 00000005
. Определяется и запоминается коэффициент преобразования
Figure 00000006
ФПУ1/ЭП, равный
Figure 00000007
, для диапазона II.
На третьем этапе в одной из общих точек взаимно перекрывающихся диапазонов II и III производится калибровка устройства в диапазоне III.
В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 6 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28.
Энергия излучения на выходе пластины 11 после ослабления должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона III. Путь прохождения оптического сигнала источника лазерного излучения 1 повторяет описанный на первом этапе. В данном случае к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 подключаются фотоприемные устройства 17 и 18. На третьем этапе производится одновременное измерение сигналов
Figure 00000008
,
Figure 00000009
фотоприемных устройств 17 и 18. Определяется и запоминается коэффициент преобразования
Figure 00000010
ФПУ2/ФПУ1, равный
Figure 00000011
для диапазона III.
На четвертом этапе в одной из общих точек взаимно перекрывающихся диапазонов III и IV производится калибровка устройства в диапазоне IV.
В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 7 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28.
Энергия излучения на выходе пластины 11 после ослабления должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона IV. Путь прохождения оптического сигнала источника лазерного излучения 1 повторяет описанный на первом этапе. В данном случае к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 подключаются фотоприемные устройства 18 и 19. На четвертом этапе производится одновременное измерение сигналов
Figure 00000012
,
Figure 00000013
фотоприемных устройств 18 и 19. Определяется и запоминается коэффициент преобразования
Figure 00000014
ФПУЗ/ФПУ2, равный
Figure 00000015
для диапазона IV.
Таким образом, в результате калибровки устройства получаем следующую таблицу коэффициентов преобразований для всех диапазонов для первого спектрального канала.
Figure 00000016
Аналогично проводится калибровка устройства для второго спектрального канала и формируется таблица 2 соответствующих коэффициентов преобразований.
Figure 00000017
После проведения калибровки устройства производится калибровка или поверка РСИ.
Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне I
Калибровка и поверка РСИ производится отдельно для каждого спектрального канала. Ниже описан процесс калибровки и поверки для первого спектрального канала.
Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.
В тракт лазерного излучения вводится отверстие 4 без нейтрального фильтра оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенное на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала КП 3
Figure 00000018
,
Figure 00000019
соответственно.
Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле
Figure 00000020
.
Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ
Figure 00000021
При поверке РСИ 27 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе КП 3
Figure 00000022
,
Figure 00000023
при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ
Figure 00000024
. Относительная погрешность измерения энергии РСИ δРСИ определяется как
Figure 00000025
Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне II
Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.
В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 5 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала ФПУ1 17
Figure 00000026
,
Figure 00000027
соответственно.
Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле
Figure 00000028
.
Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ
Figure 00000029
При поверке РСИ 20 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе ФПУ1 16
Figure 00000030
,
Figure 00000031
при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ
Figure 00000032
.
Погрешность измерения энергии РСИ определяется по формуле (1).
Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне III
Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.
В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 6 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала ФПУ2 18
Figure 00000033
,
Figure 00000034
соответственно.
Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле
Figure 00000035
.
Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ
Figure 00000036
.
При поверке РСИ 27 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе ФПУ2 17
Figure 00000037
,
Figure 00000038
при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ
Figure 00000039
.
Погрешность измерения энергии РСИ определяется по формуле (1).
Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне IV
Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.
В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 7 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала ФПУЗ 19
Figure 00000040
,
Figure 00000041
соответственно.
Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле
Figure 00000042
.
Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ
Figure 00000043
.
При поверке РСИ 27 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе ФПУ3 19
Figure 00000044
,
Figure 00000045
при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ
Figure 00000046
.
Погрешность измерения энергии РСИ определяется по формуле (1).
Калибровка и поверка РСИ для второго спектрального канала производится аналогично, где используются данные Таблицы 2 и результаты измерения сигналов, полученные с КП 3, ФПУ4 23, ФПУ5 24, ФПУ6 25.
Расчеты, подтверждающие работоспособность заявляемого устройства
Расчеты приведены для первого спектрального канала. Для второго спектрального канала расчеты - аналогичные.
Введем обозначения для коэффициентов пропускания, отражения и преобразования элементов, представленных на фиг. 2:
ρ1 - коэффициент пропускания делительной пластины 2;
Figure 00000047
- коэффициент отражения делительной пластины 2;
Figure 00000048
- коэффициент пропускания входного нейтрального фильтра 5;
Figure 00000049
- коэффициент пропускания входного нейтрального фильтра 6;
Figure 00000050
- коэффициент пропускания входного нейтрального фильтра 7;
ρ3 - коэффициент пропускания делительной пластины 11;
Figure 00000051
- коэффициент отражения делительной пластины 11;
ρ4 - коэффициент пропускания интегрирующей сферы 9, световолоконного коллектора 31, выходного нейтрального фильтра 15 и спектрального фильтра 16,оптически связанных с ФПУ1 17;
ρ5 - коэффициент пропускания интегрирующей сферы 9, световолоконного коллектора 31, выходного нейтрального фильтра 15 и спектрального фильтра 16, оптически связанных с ФПУ2 18;
ρ6 - коэффициент пропускания интегрирующей сферы 9, световолоконного коллектора 31, выходного нейтрального фильтра 15 и спектрального фильтра 16, оптически связанных с ФПУ3 19;
KФПУ1 - коэффициент преобразования ФПУ1 17;
KФПУ2 - коэффициент преобразования ФПУ2 18;
KФПУ3 - коэффициент преобразования ФПУЗ 19;
KКП - коэффициент преобразования КП 3;
KЭП - коэффициент преобразования ЭП 26;
KРСИ - коэффициент преобразования РСИ 27.
1. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне I в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ЭП 26 и КП 3
Figure 00000052
где QI - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне I.
При калибровке РСИ в диапазоне I электрические сигналы на выходе ЭП и РСИ имеют вид
Figure 00000053
где
Figure 00000054
- энергия лазерного пучка в момент калибровки РСИ в диапазоне I.
Из системы (2) получим:
Figure 00000055
.
Из системы (3) запишем
Figure 00000056
Figure 00000057
.
Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне I, равна
Figure 00000058
.
При поверке РСИ в диапазоне I величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна
Figure 00000059
, где
Figure 00000060
- значение электрического сигнала на выходе КП 3.
2. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне II в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ЭП26 и ФПУ1 17
Figure 00000061
где QII - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне II.
При калибровке РСИ в диапазоне II электрические сигналы на выходе ФПУ1 17 и РСИ 27 имеют вид
Figure 00000062
Из системы (4) получим:
Figure 00000063
.
Из системы (5) запишем
Figure 00000064
.
Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне II, равна
Figure 00000065
.
При поверке РСИ в диапазоне II величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна
Figure 00000066
, где
Figure 00000067
- значение электрического сигнала на выходе ФПУ1 17.
3. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне III в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ФПУ1 17 и ФПУ2 18
Figure 00000068
где QIII - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне III.
При калибровке РСИ в диапазоне III электрические сигналы на выходе ФПУ2 18 и РСИ 27 имеют вид
Figure 00000069
Из системы (6) получим:
Figure 00000070
.
Из системы (7) запишем
Figure 00000071
Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне III, равна
Figure 00000072
.
При поверке РСИ в диапазоне III величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна
Figure 00000073
, где
Figure 00000074
- значение электрического сигнала на выходе ФПУ2 18.
4. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне IV в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ФПУ2 18 и ФПУ3 19
Figure 00000075
где QIV - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне IV.
При калибровке РСИ в диапазоне IV электрические сигналы на выходе ФПУ3 19 и РСИ 27 имеют вид
Figure 00000076
Из системы (8) получим:
Figure 00000077
.
Из системы (9) запишем
Figure 00000078
Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне IV, равна
Figure 00000079
.
При поверке РСИ в диапазоне IV величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна
Figure 00000080
, где
Figure 00000081
- значение электрического сигнала на выходе ФПУ3 19.
Источники информации
[1] «Основы оптической радиометрии» под ред. Котюка А.Ф., Физматлит, 2003.
[2] Иванов В.М. «Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления», Патент РФ 4459302/25, 12.07.1988, опубликовано: 30.07.1994.
[3] Янкевич Е.Б., Микрюков А.С., Москалюк С.А., Либерман А.А., Ковалев А.А. «Френелевский ослабитель лазерного излучения», Полезная модель РФ, 123944.

Claims (4)

1. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров, содержащий источник лазерного излучения, оптическую делительную пластину, контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения, оптический ослабитель энергии лазерного излучения, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер, отличающийся тем, что оптический ослабитель энергии лазерного излучения выполнен в виде вращающегося диска с четырьмя отверстиями, в трех из которых установлены входные нейтральные фильтры, а эталон снабжен интегрирующей сферой, расположенной после оптического ослабителя энергии лазерного излучения, с входным, выходным и дополнительным отверстиями, внутренняя поверхность которой покрыта диффузно-отражающим покрытием, в дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой проходящий поток, по ходу которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток, входное и дополнительное отверстия выполнены таким образом, что их центры расположены на оси прямого проходящего потока, а в выходном отверстии интегрирующей сферы установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов, на концах которых последовательно установлены выходные нейтральные фильтры, спектральные фильтры и фотоприемные устройства для работы на разных длинах волн и в различных диапазонах энергии.
2. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения по п. 1, отличающийся тем, что нейтральные фильтры выполнены из нейтрального стекла НС-2.
3. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения по п. 1, отличающийся тем, что светоделительная пластина установлена в дополнительном отверстии таким образом, что ее вектор нормали расположен под углом 6-8° к оси прямого проходящего потока.
4. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения по п. 1, отличающийся тем, что выходное отверстие выполнено таким образом, что его центр расположен в диаметральной плоскости интегрирующей сферы, перпендикулярной оси прямого проходящего потока.
RU2016120318A 2016-05-25 2016-05-25 Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне RU2634370C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016120318A RU2634370C1 (ru) 2016-05-25 2016-05-25 Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016120318A RU2634370C1 (ru) 2016-05-25 2016-05-25 Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634370C1 true RU2634370C1 (ru) 2017-10-26

Family

ID=60153993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016120318A RU2634370C1 (ru) 2016-05-25 2016-05-25 Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634370C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184833U1 (ru) * 2018-06-01 2018-11-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Устройство для измерений мощности лазерного излучения в расширенном спектральном диапазоне

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2017085C1 (ru) * 1988-07-12 1994-07-30 Иванов Владимир Михайлович Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления
RU2271522C1 (ru) * 2004-08-30 2006-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Эталонное устройство для передачи размера единицы средней мощности оптического излучения, поверки и калибровки средств измерений средней мощности оптического излучения, оптических аттенюаторов и источников оптического излучения в волоконно-оптических системах передачи
US20130003064A1 (en) * 2011-01-03 2013-01-03 National Institute Of Standards And Technology Dynamic Spectral Radiance Calibration Source
WO2015110868A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Tubitak (Turkiye Bilimsel Ve Teknolojik Arastirma Kurumu) Fiber coupled integrating sphere based-laser energy meter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2017085C1 (ru) * 1988-07-12 1994-07-30 Иванов Владимир Михайлович Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления
RU2271522C1 (ru) * 2004-08-30 2006-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Эталонное устройство для передачи размера единицы средней мощности оптического излучения, поверки и калибровки средств измерений средней мощности оптического излучения, оптических аттенюаторов и источников оптического излучения в волоконно-оптических системах передачи
US20130003064A1 (en) * 2011-01-03 2013-01-03 National Institute Of Standards And Technology Dynamic Spectral Radiance Calibration Source
WO2015110868A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Tubitak (Turkiye Bilimsel Ve Teknolojik Arastirma Kurumu) Fiber coupled integrating sphere based-laser energy meter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184833U1 (ru) * 2018-06-01 2018-11-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") Устройство для измерений мощности лазерного излучения в расширенном спектральном диапазоне

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3213104B2 (ja) 光装置の偏光モード分散判定装置および方法
CN110850436B (zh) 实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置及方法
CN104808193A (zh) 基于非偏振分光棱镜的f-p标准具瑞利散射多普勒鉴频装置
JPS61105431A (ja) 単色光源のビ−ム波長と波長補正ビ−ム出力を測定する方法および装置
RU102256U1 (ru) Устройство для измерения параметров физических полей
Larason et al. Sources of error in UV radiation measurements
US4430565A (en) Correlating fiber optical measuring device
CA1141190A (en) Apparatus for determining the refractive index profile of optical fibres
RU2634370C1 (ru) Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне
RU2626064C1 (ru) Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров
US6429929B2 (en) Method and apparatus for measuring phase differences between intensity-modulated optical signals
FR2648600A1 (fr) Appareil opto-electronique de mesure a distance d'une grandeur physique
TWI240794B (en) Wavelength meter
US10240981B2 (en) Optical spectrometer configuration including spatially variable filter (SVF)
RU2727347C1 (ru) Устройство для градуировки фотодиодных приемников по абсолютной мощности потока излучения
CN110108449B (zh) 一种光学模组测试系统及方法
CN109387903A (zh) 光路耦合系统及光学测量系统
RU2626315C2 (ru) Высокоточное многоканальное устройство для измерения энергии коротких лазерных импульсов
EP1272824A1 (en) Method and apparatus for measuring phase differences between intensity-modulated optical signals
Kolpakov et al. Method of Extending the Range of Measurements of the Energy of the Secondary Standard during Calibration and Verification of Laser Joulemeters
JPH07260684A (ja) 高精度反射率測定方法及び測定器
WO2018216410A1 (ja) 測定装置
TWI583928B (zh) 多功能雷射量測裝置及其方法
CN107543610B (zh) 一种可见光纤光谱仪的灵敏度测量装置
RU2746699C1 (ru) Устройство для градуировки фотоприемников по абсолютной мощности потока излучения