RU701453C - Способ измерени угловой расходимости лазерного излучени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности, к способам измерени  и контрол  параметров лазерного излучени .

Один из известных способом измере- 5

ни  расходимости лазера заключаетс  в том, что ответвители, установленные в двух сечени х, проектируют изображение диаметров пучков на два экрана соответственно . В каждом экране вдоль диаметра на 0 одинаковом рассто нии от друга расположены точечные приемники излучени . Тогда диаметр пучка в каждом сечении преобразуетс  в число импульсов с выходов точечных приемников излучени , амплитуда 15 которых превышает заданный уровень измерени . Из р азности числа импульсов, зарегистрированных экрзнамйу можно рахусодиМость йзлуч1вНи . .

Недостатками такого метода  вл етс  20 трудность выполнени  услови  измерени  в дальней зоне, а наличие большого числа фотоприемников, что требует Их относительной градуировки.

Наиболее близким техническим реше- 2В нием к Предлагаемому изобретению  вл етс  способ измерени  углОвой расходимости лазерного излучени , основанный на пространственном разделении исследуемого излучени  на опорный и предметный потоки 30 и их регистрации.

Цель изобретени  - расширение диапазона длин волн исследуемого излучени  и повышение точности измерени .35

Поставленна  цель достигаетс  благодар  тому, что преобразуют опорный поток в излучение с плоским фронтом волн. Измен ют направление опорного потока по отно- Р шению К оси предметного М производ т посл овательное фотосмешение предмет , ного потока с опорным дл  каждого его направлени .

Сущность Способа заключаетс  в том; 5 что измер емый поток раздел ют на предметный и опорный. Предметный пучок, расходимость которого хот т измерить с . помощью соответствующих оптических элементов направл ют на фотоприемник, пло- 50 щадь которого больше плОщади сечений пучка, а чувствительность по Поверхности посто нна. Опорный пучок с помощью телескопической системы преобразуют в плоскую волну, а затем направл ют на систему 55 качани  луча, котора  измен ет направление плоской волны на угол заведомо больший угла расходимости. Затем направл ют опорный пучок на фотоприемник.

Комплексна  амплитуда пол  в точке с

координатой г н поверхности фотоприемника равна

; -

E{r)Ei((r,f),

- . . . , , :. -

где Ei(r) - поле предметного пучка в точке г, (дл  простоты рассмотрим сначала стацио ч : . .:.-, нарный случай), E2(r,t) поле опорного пучка в той же точке. Поле опорного пучка-функци  времени, так как волновой вектор его измен етс  пО углу вследствие его качани . Фототок l(t) на выходе фотоприемника пропорциОнален потоку излучени  i(t}, падающего на всю приемную площадку S

l(t) «1(0- а / d2rl (nt)l2. где « - коэффициент пропорциональности, S - поверхность приемника

l(t) o:/d27(Eio2+E2tf +

. . ,. - . - -

+ 2Eio(r)E2o(f)cOsK(Or,.

,, - ..- . .

где Eio(r) и Е20 (г) - амплит ды сигна ьного и опорного полей,,

. - . . , , к (t) - разность волновых векторов основного и опорного пучка.

Выделим переменную во времени со ставл ющую фототока in(t)

, ,.,., ; - .,-,-- - -

n(t 2 о: / Ею (г) Е20 (г) cos К (t) rd г

. . 5 .. ,,:

так как опорный пучок представл ет собой плоскую волну с расходимостью меньшей, чем требуема  точность измерени  в преде ..:.

лах апертуры приёмника, поле Е2о(г) посто нно и его можно вывести за знак интеграла

. - .

ln{t) 2 а Е20 / EIQ (г) cos К (t) г d г

, , . , S : ./ . ..,

Полученное выражение представл ет собой двумерное преобразование Фурье. Следовательно, как и в методе фокального п тна измер емого угловое распределение излучени  эквивалентно значению, измеренному в дальней зоне. В данном случае измер емое поле излучени  можно записать как систему плоских волн, распределенных по углам, и в каждый момент времени с помощью опорной волны выдел етс  та составл юща , котора  совпадает по направлению с направлением опорной волны .

Таким образом, если углова  скорость перемещени  опорного пучка посто нна (например, при равномерном вращении призмы, то осциллограмма тока фотоприемника будет повтор ть угловое распределение пол . При этом угловое распределение интенсивности будет определ тьс  по следующей формуле:

l(0 )i(t).

где в-угол, отсчитанный от оси симметрии сигнального пучка,

(О- углова  скорость вращени  опорного пучка,

При другом законе качани  необходим соответствующий пересчет. Амплитуда качани  угла должна быть больше или равна полному линейному углу расходимости. В случае непрерывного лазерного излучени , пространственное распределение которого не измен етс  во времени, на скорость сканировани  по углу не накладываетс  огра ничений .

В случае, импульсного сигнала врем  сканировани  угла должно быть меньше длительности импульса. Если в течение импульса расходимость измен етс  значительно , то врем  сканировани  не должно превышать промежутка времени, в течение которого расходимость можно Считать неизменной . Использу  двухлучевой осциллограф можно одновременно регистрировать как временные, так и npoctpaHCTCteHHue характеристики лазерного излучени .

Блок схема устройства, реализующего данный способ, приведена на чертеже.

Работа устройства осуществл етс  следующим образом.

Часть излучени  лазера 1 с помощью ответвител  2 (если это необходимо) отвоФормула изобрётени  СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ РАСХОДИМОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, основанный на пространственном разделении исследуемого излучени  на опорный и предметный потоки и их регистрации, отличающийс  тем,что, с целью расширени  диапазона длин волн исследуемого излуч

дитс  в измерительный какал и с помощью делител  3 пучок делитс  на опорный и Предметный. Дл  уменьшени  расходимости опорного пучка по сравнению с предметным примерно на пор док примен етс  телескопическа  система 4. Далее опорный пучок попадает на систему качани  5 (плоское зеркало, поворачивающеес  относительно оси, проход щей через плоскость

0 зеркала). Отразившись от зеркала 5, пучок .попадает на полупрозра -ное зеркало 6 и, в свою очередь, отразившись от последнего, пропадает на фотоприемник 7 (например, мозаичный пироэлектрически, выходы всех

б элементов которого соединены параллельно ). Предметный пучок, отразившись от зеркала 8 и провид  через полупрозрачное зерке1ло б, также попадает на поверхность фотоприемника 7. Зависимость переменной. составл ющей тока фотоприемника регистрируетс  на осциллографе 9 или другом регистраторе (например числовом).

В данном способе, что  вл етс  одним из его достоинств, не требуетс  многокаS нального регистратора (фотопленка, матричное пироэлектрическое устройство), что существенно облегчает процесс регистрации и обработки данных, а также повышает точность измерени . Достаточно иметь

0 обычный фотоприемник (ФЭУ в видимом диапазоне, rfиpoэлeкtpичecкий приемник в ИК-области). Информаци  об угле расходимости визуально количественно наблюдаетс  на осциллографе, а случае

5 необходимости может быть заведена на сетное устройство без предварительных преобразований . . 45 : ;ни  И повышени  точности измерени , преобразуют опорный поток -в излучение с плоским фронтом волн, измен ют направление . опорного потока по отношению к. отй предметного vi производ т последовательное фотосмешение предметного потока с опорным дл  каждого, его 1направлени .