RU2684435C1 - Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка - Google Patents
Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684435C1 RU2684435C1 RU2017135859A RU2017135859A RU2684435C1 RU 2684435 C1 RU2684435 C1 RU 2684435C1 RU 2017135859 A RU2017135859 A RU 2017135859A RU 2017135859 A RU2017135859 A RU 2017135859A RU 2684435 C1 RU2684435 C1 RU 2684435C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- divergence
- measuring
- calibration
- angle
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000012795 verification Methods 0.000 title abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 2
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N chlorous acid Chemical compound OCl=O QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
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
- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к высокоточным фотометрическим установкам для калибровки/поверки средств измерений угла расходимости лазерного пучка. Заявленная установка для калибровки/поверки средств измерений расходимости лазерного пучка содержит закрепленные на едином основании источник лазерного излучения, делительную пластину и выполненное с возможностью перемещения основное средство измерений, а также контрольное средство измерений, расположенное на линии отраженного от светоделительной пластины лазерного пучка. Установка дополнительно содержит механизм изменения угла расходимости лазерного пучка, который выполнен в виде перестраиваемого линзового расширителя лазерного пучка, формирующего фиксированные углы расходимости. Способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка с помощью описанной установки включает установку некоторого фиксированного значения угла расходимости лазерного пучка, принадлежащего измеряемому диапазону, измерение распределения плотности энергии (РПЭ) лазерного пучка с помощью основного и контрольного средств измерений, расчет вдоль осей x, y соответствующих углов расходимости, ширин пучков и калибровочных коэффициентов, установку калибруемого рабочего средства измерений (РСИ) вместо основного, измерение углов расходимости пучка с помощью РСИ и определение калибровочных коэффициентов РСИ. Технический результат - повышение точности измерений, проводимых в ходе калибровки/поверки РСИ. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к высокоточным фотометрическим установкам для калибровки и поверки средств измерений угла расходимости лазерного пучка.
Из уровня техники известна метрологическая база для калибровки и поверки средств измерений распределения плотности энергии в поперечном сечении лазерного пучка, основанная на применении Государственного первичного специального эталона (ГПСЭ) единиц энергии, распределения плотности энергии (РПЭ), длительности импульса и длины волны лазерного излучения (ГЭТ187-2010). Современные средства измерения расходимости лазерного пучка используют в своем составе многоэлементные измерительные преобразователи (МИП), позволяющие получать информацию о подробной структуре РПЭ лазерных пучков разных видов (гомоцентрические (стигматические), слабоастигматические и астигматические) и определять их угол расходимости (в общем случае различную по осям координат x, y), по измеренному РПЭ с применением моментов второго порядка в соответствии с ГОСТ Р ИСО 11146-2008.
Алгоритм передачи единицы угла расходимости лазерного пучка отличается от алгоритма передачи РПЭ, так как угол расходимости пучка является функционалом РПЭ и представляет собой уже не скалярное поле, а числовую характеристику. Известны способы и устройства для воспроизведения и передачи таких числовых характеристик, как единицы средней мощности и энергии лазерного излучения, позволяющие с высокой точностью воспроизводить и передавать данные единицы и производить калибровку и поверку соответствующих средств измерения, но которые не могут определять расходимость пучка (см. а.с. SU 1408245, кл. G01J 5/00, опубл. 07.07.1988; Максак А.Г., Козак И.В., Плотников А.В., Ильин А.С., Улановский М.В. Обеспечение единства и точности измерений энергии пикосекундных импульсов лазерного излучения, Измерительная техника, №5, 2015, с. 37-40).
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению в части установки является установка для измерения параметров лазерного пучка, содержащая закрепленные на едином основании исследуемый источник лазерного излучения, фокусирующую систему, ответвитель (светоделительную пластину), механизм изменения ширины лазерного пучка, и выполненное с возможностью перемещения основное средство измерений, расположенные на линии прямого лазерного пучка, а так же контрольное средство измерений, расположенное на линии отраженного от светоделительной пластины лазерного пучка (см. патент RU 2091729, кл. G01J 1/04, опубл. 27.09.1997). Однако, в известном техническом решении механизм изменения ширины лазерного пучка выполнен в виде калиброванных диафрагм, что некорректно для негомоцентрических пучков, кроме того известная установка не позволяет производить калибровку/поверку средств измерений, изменять угол расходимости, измерение угла расходимости производится на основании определения ширины пучка, полученных методом калиброванных диафрагм по ГОСТ 26086-84, в соответствии с чем измерение угла расходимости лазерного пучка производится не по одному импульсу излучения лазера, а - по серии импульсов с определенными значениями диаметров калиброванных диафрагм, что увеличивает погрешность измерения угла расходимости за счет возможного изменения угла от импульса к импульсу.
Таким образом, технической проблемой является обеспечение возможности передачи единицы угла расходимости лазерного пучка от эталона к нижестоящим рабочим средствам измерений (РСИ) на основе МИП для их калибровки и поверки в широком диапазоне изменения угла расходимости пучка с учетом устранения вышеупомянутых недостатков.
В предлагаемой установке для калибровки/поверки средств измерений угла расходимости лазерного пучка, содержащей закрепленные на едином основании источник лазерного излучения, светоделительную пластину, механизм изменения угла расходимости лазерного пучка и выполненное с возможностью перемещения основное средство измерения, расположенные на линии прямого лазерного пучка, а также контрольное средство измерений, расположенное на линии отраженного от делительной пластины лазерного пучка, механизм изменения угла расходимости лазерного пучка выполнен в виде перестраиваемого линзового расширителя лазерного пучка, формирующего различные фиксированные углы расходимости. Основное и контрольное средства измерений предпочтительно выполнены в виде многоэлементных измерительных преобразователей лазерного излучения с ПЗС - матрицами. На линии прямого лазерного пучка перед механизмом изменения угла расходимости предпочтительно установлен ослабитель, а после - положительная линза.
Согласно предлагаемому способу калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка с использованием предлагаемой установки выполняют следующие последовательные операции:
- устанавливают фиксированное значение угла расходимости лазерного пучка в механизме изменения угла расходимости лазерного пучка;
- одновременно измеряют распределение плотности энергии лазерного пучка с помощью основного и контрольного средств измерений;
- передают сигналы, соответствующие измеренным распределениям плотности энергии лазерного пучка, в блок управления;
- на основании полученных сигналов вдоль осей x, y рассчитывают углы расходимости пучка θxOC, θyOC, соответствующие измерениям основного средства измерения, и ширины пучка dxKC, dyKC, соответствующие измерениям контрольного средства измерения, а также калибровочные коэффициенты для контрольного средства измерения 
, 
;
- перемещают основное средство измерения и устанавливают на его место калибруемое средство измерений;
- одновременно измеряют вдоль осей x, y углы расходимости лазерного пучка θxPCИ, θyРСИ с помощью калибруемого средства измерений и распределение плотности энергии лазерного пучка с помощью контрольного средства измерений, передают сигнал, соответствующий измеренному распределению плотности энергии лазерного пучка в блок управления и рассчитывают ширины лазерного пучка 
, 
, соответствующие измерениям контрольного средства измерений;
- определяют калибровочные коэффициенты калибруемого средства измерения как 
, 
.
Совокупность изложенных признаков позволяет решить вышеуказанную техническую проблему и получить технический результат, заключающийся в повышении точности измерений, проводимых в ходе калибровки РСИ.
На фиг. 1 приведена функциональная схема заявляемой установки;
на фиг. 2 ход лучей в механизме изменения угла расходимости лазерного пучка.
Предлагаемая установка для калибровки/поверки средств измерений угла расходимости лазерного пучка содержит закрепленные на едином основании источник лазерного излучения 1 (например типа Lotis TII Ls 2137/2 с угловой расходимостью 200 угл.с), светоделительную пластину 2 (например, из стекла марки К-8), контрольное средство измерения (КС) 3, оптический ослабитель 4, механизм 5 изменения угла расходимости лазерного пучка, положительную линзу 6 (например, из стекла К8, с фокусным расстоянием ƒ≈0,982 м) для формирования дальней зоны лазерного излучения и расположенное в ее фокальной плоскости основное средство измерения (ОС) 7, а также блок управления 8 и компьютер 9. Средства измерений 3 и 5 выполнены в виде многоэлементных измерительных преобразователей и могут содержать ПЗС-матрицы, например, Hamamatsu S7170-0909-01.
Механизм 5 выполнен в виде, например, расширителя типа Vicon stands 10 BE 03-2-12, который формирует лазерный пучок с фиксированными и определяемыми далее в процессе измерений значениями угла расходимости, входящих в диапазон измерений (15-200 угл.с) на длинах волн 0,532 и 1,064 мкм.
Предлагаемое использование механизма 5 позволяет обеспечить изменение угла расходимости лазерного пучка в широком диапазоне, что увеличивает возможности калибровки/поверки различных РСИ. Проведение калибровки/поверки в различных фиксированных точках диапазона угла расходимости позволяет повысить точность измерений данной характеристики.
Калибровку средств измерений угла расходимости лазерного пучка с использованием описанной установки осуществляют следующим образом.
На первом этапе калибруют КС 3 по углу расходимости лазерного пучка методом вторых моментов в соответствии с ГОСТ Р ИСО 11146-2008.
Сначала устанавливают некоторое значение угла расходимости пучка в узле 5. Излучение лазера 1, проходя через светоделительную пластину 2, разделяется на прямой и отраженный пучки. Отраженный пучок поступает на КС 3, а прямой пучок поступает на ослабитель 4 для согласования уровня энергии излучения лазера с характеристикой линейности ОС 7, затем на механизм 5 изменения угла расходимости лазерного пучка, на положительную линзу 6 и далее на ОС 7. По сигналу с управляющего компьютера 9 КС 3 и ОС 7 производят одновременное измерение РПЭ лазерного излучения в поперечных сечениях прямого и отраженного пучков и передают их в блок управления 8 и далее в компьютер 9 для последующей обработки.
По результатам измерений РПЭ в компьютере 9 определяют угол расходимости лазерного пучка θOC на входе ОС 7 и его ширину (диаметр dKC для гомоцентрических пучков) на входе КС 3 по формулам, представленным в ГОСТ Р ИСО 11146 - 2008, например, для гомоцентрических пучков:
где 
, 
, 
, 
- вычисленные вторые моменты измеренного РПЭ излучения по осям x и y, поступающего на входы ОС 7 и КС 3, соответственно, ƒ - фокусное расстояние положительной линзы 6.
Далее определяют калибровочный коэффициент для КС 3 по формуле
На втором этапе производится непосредственно калибровка/поверка средств измерений угла расходимости лазерного пучка.
При калибровке в оптический тракт предлагаемой установки вместо ОС 7 вводят калибруемое/поверяемое средство измерений (РСИ) 10.
Путь прохождения оптического сигнала аналогичен описанному выше.
В данном случае прямой пучок поступает на ослабитель 4, необходимый для согласования уровня энергии излучения лазера с характеристикой линейности калибруемого/поверяемого РСИ 10.
КС 3 по сигналам с компьютера 9 через блок управления 8 производит измерение РПЭ лазерного излучения в поперечном сечении отраженного от светоделительной пластины 2, а РСИ одновременно производит измерение угла расходимости прямого лазерного пучка (θРСИ - для гомоцентрического пучка).
По аналогии с первым этапом по измеренному РПЭ в компьютере 9 определяют ширину лазерного пучка (
- для гомоцентрического пучка), поступающего на вход КС 3.
Далее с помощью компьютера 9 определяют угол расходимости 
лазерного пучка, поступающего на вход РСИ 10, определенную КС 3 с учетом его калибровки на первом этапе.
По полученным данным определяют калибровочный коэффициент для РСИ 10
Определение угла расходимости лазерного пучка РСИ 10 в процессе его эксплуатации производят с учетом вышеупомянутого калибровочного коэффициента, так для гомоцентрического лазерного пучка имеем
где 
- измеренный РСИ 10 некалиброванный угол расходимости лазерного пучка, определенный в соответствии с ГОСТ Р ИСО 11146-2008.
При проведении поверки РСИ 10 по сигналам с компьютера 9 через блок управления 8 измеряют РПЭ лазерного излучения, поступающего на вход КС 3, и определяют угол расходимости 
(для гомоцентрического пучка) на входе РСИ 10 и измеренный РСИ 10 
.
Определяют погрешность измерения угла расходимости поверяемого РСИ 10 формуле 
.
При наличии слабоастигматических и астигматических лазерных пучков в ходе калибровки согласно предлагаемому способу, по результатам измерений РПЭ в компьютере 9 по формулам ГОСТ Р ИСО 11146 - 2008 раздельно вдоль осей для координат x и y определяют угол расходимости лазерного пучка ОС 7 и его ширину КС 3.
где 
, 
, 
, 
, 
, 
- вычисленные вторые моменты измеренного распределения интенсивности на выходах ОС 7, и КС 3 соответственно, 
, 
и далее определяют набор калибровочных коэффициентов
Поверку и определение погрешности РСИ 10 в этом случае производится аналогично и раздельно по координатам x и y.
Благодаря описанным особенностям предлагаемых установки и способа заявленное изобретение позволят повысить точность измерений при калибровке/поверке РСИ, за счет «привязки» проводимых измерений к эталону, обеспечивающей единство измерений; за счет возможности измерения угла расходимости за один импульс излучения при применении МИП, а также - проведения калибровки/поверки в различных фиксированных точках диапазона измерений.
Claims (12)
1. Установка для калибровки/поверки средств измерений расходимости лазерного пучка, содержащая закрепленные на едином основании источник лазерного излучения, светоделительную пластину и выполненное с возможностью перемещения основное средство измерений, расположенные на линии прямого лазерного пучка, а также контрольное средство измерений, расположенное на линии отраженного от светоделительной пластины лазерного пучка, отличающаяся тем, что содержит механизм изменения угла расходимости лазерного пучка, выполненный в виде перестраиваемого линзового расширителя лазерного пучка, формирующего фиксированные углы расходимости.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что основное и контрольное средства измерения выполнены в виде многоэлементных измерительных преобразователей лазерного излучения.
3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что основное и контрольное средства измерения содержат ПЗС-матрицы.
4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на линии прямого лазерного пучка перед механизмом изменения угла расходимости установлен ослабитель, а после - положительная линза.
5. Способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка с помощью установки по п. 1, включающий выполнение следующих последовательных операций:
- устанавливают фиксированное значение угла расходимости лазерного пучка в механизме изменения угла расходимости лазерного пучка;
- одновременно измеряют распределение плотности энергии лазерного пучка с помощью основного и контрольного средств измерений;
- передают сигналы, соответствующие измеренным распределениям плотности энергии лазерного пучка, в блок управления;
- на основании полученных сигналов вдоль осей x, y рассчитывают углы расходимости пучка θxOC, θyOC, соответствующие измерениям основного средства измерения, и ширины пучка dxKC, dyKC, соответствующие измерениям контрольного средства измерений, а также калибровочные коэффициенты для контрольного средства измерения 
, 
;
- перемещают основное средство измерений и устанавливают на его место калибруемое/поверяемое средство измерений;
- одновременно измеряют вдоль осей x, y углы расходимости лазерного пучка θxxРСИ, θyРСИ с помощью калибруемого средства измерений и распределение плотности энергии лазерного пучка с помощью контрольного средства измерений, передают сигнал, соответствующий измеренному распределению плотности энергии лазерного пучка в блок управления и рассчитывают ширины лазерного пучка d'xKC, d'yKC, соответствующие измерениям контрольного средства измерений;
- определяют калибровочные коэффициенты калибруемого средства измерений как 
, 
.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135859A RU2684435C1 (ru) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135859A RU2684435C1 (ru) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2684435C1 true RU2684435C1 (ru) | 2019-04-09 |
Family
ID=66090209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017135859A RU2684435C1 (ru) | 2017-10-10 | 2017-10-10 | Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2684435C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0035437A1 (fr) * | 1980-02-25 | 1981-09-09 | ANVAR Agence Nationale de Valorisation de la Recherche | Procédé et dispositif de détermination du diamètre d'une particule en suspension dans un fluide par utilisation d'un rayonnement électromagnétique cohérent |
| 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 |
| RU2091729C1 (ru) * | 1993-04-15 | 1997-09-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-техническое производственное предприятие "Протена" | Устройство для определения энергетической расходимости лазерного пучка |
-
2017
- 2017-10-10 RU RU2017135859A patent/RU2684435C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0035437A1 (fr) * | 1980-02-25 | 1981-09-09 | ANVAR Agence Nationale de Valorisation de la Recherche | Procédé et dispositif de détermination du diamètre d'une particule en suspension dans un fluide par utilisation d'un rayonnement électromagnétique cohérent |
| 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 |
| RU2091729C1 (ru) * | 1993-04-15 | 1997-09-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью Научно-техническое производственное предприятие "Протена" | Устройство для определения энергетической расходимости лазерного пучка |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Абдрахманов К.Ш., Быкова О.Г., Улановский М.В. Стандартизация методов измерений ширин, углов расходимости и коэффициентов распространения пучков лазерного излучения. // Метрология. 2010. -. * |
| ГОСТ Р ИСО 11146-2009 "Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений ширины, углов расходимости и параметров качества пучка". * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103616164B (zh) | 一种基于脉冲激光光源的反射率/透过率综合测量方法 | |
| CN107121095B (zh) | 一种精确测量超大曲率半径的方法及装置 | |
| CN103267743B (zh) | 一种折射率测量装置及方法 | |
| CN103543125B (zh) | 基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法及装置 | |
| RU2705767C1 (ru) | Устройство и способ измерения спектральной чувствительности радиометра большого диаметра | |
| CN202133379U (zh) | 一种自校准型激光收发光轴平行度测量装置 | |
| CN104391291B (zh) | 一种焦点位置可调细粒子激光雷达系统及自标定方法 | |
| CN103512864B (zh) | 利用平行光测量衬底反射率和透射率的光学量测系统 | |
| CN108801439A (zh) | 一种声场测量装置及测量方法 | |
| CN201072406Y (zh) | 基于4f相位相干成像的泵浦探测装置 | |
| CN108204788A (zh) | 光学特性测定装置以及光学特性测定方法 | |
| CN107677458A (zh) | 一种实时可控的激光束模拟发生装置 | |
| CN101672726A (zh) | 空间光通信终端通信探测器定位测试装置及方法 | |
| CN102252828A (zh) | 一种监测高反射光学元件在激光辐照下反射率实时变化的方法 | |
| JP4340625B2 (ja) | 光学検査方法および装置 | |
| CN111220088B (zh) | 测量系统和方法 | |
| CN105352531B (zh) | 激光测距仪的性能参数的检测方法 | |
| CN102508225A (zh) | 双轴激光遥感仪器地面检测定标系统及检测定标方法 | |
| CN105043612B (zh) | 一种光学材料应力测量系统 | |
| CN109959342B (zh) | 物镜数值孔径的检测方法及装置 | |
| RU2684435C1 (ru) | Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений угла расходимости лазерного пучка | |
| CN103033340B (zh) | 大口径取样光栅取样率的测试装置及测试方法 | |
| CN106933070B (zh) | 一种调焦调平系统及其调焦调平方法 | |
| CN109781317B (zh) | 光学玻璃应力检测系统及检测方法 | |
| RU2659183C1 (ru) | Установка для калибровки/поверки и способ калибровки средств измерений ширины лазерного пучка |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191011 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210203 |