SU1429705A1 - Method of measuring radius of spatial coherence - Google Patents

Method of measuring radius of spatial coherence Download PDF

Info

Publication number
SU1429705A1
SU1429705A1 SU874178936A SU4178936A SU1429705A1 SU 1429705 A1 SU1429705 A1 SU 1429705A1 SU 874178936 A SU874178936 A SU 874178936A SU 4178936 A SU4178936 A SU 4178936A SU 1429705 A1 SU1429705 A1 SU 1429705A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
radiation
radius
spatial coherence
distance
determined
Prior art date
Application number
SU874178936A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.С. Беленький
А.Н. Глушков
П.И. Нетреба
В.В. Покасов
Original Assignee
Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср
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 Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср filed Critical Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср
Priority to SU874178936A priority Critical patent/SU1429705A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1429705A1 publication Critical patent/SU1429705A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области измерени  параметров лазерного излучени  и может быть использовано дл  дистанционного измерени  радиуса пространственной когерентности источников инфракрасного излучени  произвольной мощности. Цель изобретени  - обеспечение дистанционности и повышение оперативности измерений. Дл  измерени  радиуса пространственной когерентности исследуемого излучени  лазерный пучок фокусируют с помощью оптической системы в выделенной области рассеивающей среды, рассе нное излучение из области фокусировки принимают по крайней мере в двух точках одновременно, излучение регистрирутот и преобразуют в электрические сигналы, определ ют их взаимную коррел ционную функцию, радиус пространственной когерентности рц определ ют по рассто нию 6, ме оду точками приема рассе нного излучени , при котором коррел ционна  функци  уменьшилась в m раз, по формуле р р, (- ln-ni), где то - 1/е или 1/2. Прием рассе нного излучени  из области фокусировки исследуемого излучени , где плотность .излучени  максимальна, позвол ет увеличить отношение сигнал/шум и соответственно увеличит дальность измерений . Измерение радиуса простран ,ственной когерентности возможно На рассто нии от нескольких дес тков метров до нескольких километров. 1 ил. i (Л СThe invention relates to the field of measuring laser radiation parameters and can be used to remotely measure the radius of the spatial coherence of infrared sources of arbitrary power. The purpose of the invention is to provide distance and increase measurement efficiency. To measure the radius of the spatial coherence of the investigated radiation, the laser beam is focused using an optical system in a selected area of the scattering medium, the scattered radiation from the focusing area is received at least at two points simultaneously, the radiation is recorded and converted into electrical signals, their mutual correlation function is determined , the radius of spatial coherence rc is determined by distance 6, between the points of reception of scattered radiation, at which the correlation function Decreased by m times, according to the formula p p, (- ln-ni), where is 1 / e or 1/2. Receiving scattered radiation from the focusing region of the investigated radiation, where the radiation density is maximum, allows an increase in the signal-to-noise ratio and, accordingly, increases the measurement range. Measurement of the radius of spatial coherence is possible At a distance from several tens of meters to several kilometers. 1 il. i (Л С

Description

Изобрртетше относитс  к области иэмерепип параметров лазерного излучени  и может быть пспольэов но дл  дистанционного измерени  радиуса про странственной когерентности источников ннфракр сного излучени  произволной мощности.The image relates to the field of laser radiation parameters and can be used to remotely measure the radius of the spatial coherence of the sources of infrared radiation of arbitrary power.

Целью изобретени   вл етс  достижение дистанционности и повьппение оперативности измерени  радиуса пространственной когерентности.The aim of the invention is to achieve distance and to increase the efficiency of measuring the spatial coherence radius.

На чертеже изображена схема ройства, реализующего способа измере ни  радиуса пространственной коге- рентности лазерного излучени .The drawing shows a diagram of a device implementing a method for measuring the radius of the spatial coherence of laser radiation.

Исследуемое излучение от Лазера 1 с помощью оптич.еской системы 2 фокусируетс  в области 3 рассеиваю щей среды. Рассе нное средой излучение через приемные апертуры 4,5 принимают фотаприемники 65 7, где излучение преобразуетс  в электрические сигналы . С помощью строб-блока 8 и комму таторов 9,10.«а коррелометр 1 посту пают электрические сигна1ЛЫ9 пропорциональные интенсивности излучени , рассе нного из области 3 фокусировки И мен   рассто ние между приемниками или установив несколько прием- НИКОВ на разньж рассто ни х относительно друг друга, определ ют такое рассто ние р, между точками приема рассе нного излучени , при котором соррел ционна  функци  В|{р) интен- сивностей рассепиного излучени  1 и 1-, прин того через приемные апертуры 4 и 5, ут1еньшаетс  в га раз по сравнению со своим значением при рассто нии р и 0.The investigated radiation from Laser 1 using the optical system 2 is focused in region 3 of the scattering medium. The radiation scattered by the medium through receiving apertures 4.5 receive photo receivers 65, where the radiation is converted into electrical signals. Using the strobe unit 8 and the commutators 9, 10 "and the correlometer 1, the electric signals are proportional to the intensity of the radiation scattered from the focusing region 3 and the distance between the receivers or by setting several receivers to separate distances another, determine the distance p between the points of reception of scattered radiation, at which the sorption function B | (p) of the intensity of the dissipation radiation 1 and 1-, received through the receiving apertures 4 and 5, is ha compared with his knowledge HAND at distance p and 0.

Коррел ционна  функци  Е,(р) определ етс  осреднением обозначаемым знаками :The correlation function E, (p) is determined by the averaging denoted by the signs:

В,(р) ° (I4 ,) (Is - «:Т5).B, (p) ° (I4,) (Is - «: T5).

Обычно принимают m ™ , гдеUsually take m ™, where

е - основание натуральных логарифe - the base of the natural logarith

мов р или m « 1 /2,mov p or m "1/2,

Радиус когёрентттости р определ ют по формуле PI, р, (-lnm).. Средний размер р частично когерентного Пучка ка рассто нии L от источи и а п турбулентной атмосфере оп- редел ютс  формулойThe coherence radius p is determined by the formula PI, p, (-lnm) .. The average size p of the partially coherent beam as a distance L from the source and in a turbulent atmosphere is determined by the formula

р „.:п--и(-Ь- p „.: p - and (-b-

..

где а - радиус излучающей апертуры оптической системы 2; F - радиус кривизны волнового фронта в центреwhere a is the radius of the radiating aperture of the optical system 2; F is the radius of curvature of the wave front in the center

«I "I

излучающей  пертуры; k ,radiating perturs; k,

Л- длина волны; р (1 ,45k C L) - радиус когерентности плоской волны; Си - структур на  характеристика флуктуации показател  преломлени .L- wavelength; p (1, 45k C L) is the coherence radius of a plane wave; C - structures on the characteristic of fluctuations of the refractive index.

Если частично когерентное излучение фокусируетс  (--- 1) большойIf the partially coherent radiation is focused (--- 1) large

апертурой fZ оптической системы 2aperture fZ optical system 2

ka 52 ,1 на заданной дальностиka 52, 1 at a given range

JjJj

L, то первое слагаемое (геометрический размер) обращаетс  в ноль, а второе оказьгеаетс  пренебрежимо мало по сравнению с трет ьим.L, the first addend (geometric size) vanishes, and the second is negligible compared to the third.

В многомодовых лазерных Пучках, возбуждаемых   сферическом резонаторе лазера,In multimode laser beams excited by a spherical laser resonator,

Р« R"

- /2 „N,- / 2 „N,

где N, - число поперечных мод, а отношение третьего слагаемого ко второму равно - N, следовательно , вторым слагаемым можно пренебречьwhere N, is the number of transverse modes, and the ratio of the third term to the second is N, therefore, the second term can be neglected

Последнее слагаемое определ ет вли ние турбулентности на средний размер пучка. Пусть L 10 м, а - 5. м, 10,6-10 м. При этомThe last term determines the effect of turbulence on the average beam size. Let L be 10 m, a - 5. m, 10.6-10 m. Herewith

,-2 Q 6-10 и условие Q 1 вьтолнено., -2 Q 6-10 and condition Q 1 is fulfilled.

Рассмотрим наиболее неблагопри тный случай, когда Сц ы, 10 м . Тогда дл  радиуса р получаем оцен- ку ро 0,37 м, а отношение третьего слагаемого к четвертому оказьгоает- с  равно (рк/рд) ,3 N, . Поэтому четвертым слагаемым также можно пренебречь, В итоге имеемConsider the most unfavorable case when Sc s, 10 m. Then, for a radius p, we obtain an estimate of ρ0.37 m, and the ratio of the third term to the fourth is found to be equal to (pk / rd), 3 N,. Therefore, the fourth term can also be neglected. As a result, we have

л,Ь-Р l, LR

Из-за случайного положени  большого числа в рассеивающей области интен- сивногть рассе нного излучени   вл етс  Гауссовой случайной величиной, коррел ционна  функци  которой определ етс  в виде В,(р) } r,j (р)| , где 1 - функци  взаимной когерентности рассе нного излучени . Вследствие этого в плоскости наблюдени   оз- ни.кает случайна  п тенна  к ртнмаDue to the random position of a large number in the scattering region, the intensity of the scattered radiation is a Gaussian random variable whose correlation function is defined as B, (p)} r, j (p) | where 1 is the mutual coherence function of the scattered radiation. As a result, in the plane of observation of the ai.

с характерным размером неоднороднос- тей п, , где р, - радиус коррел ции флуктуации интеисивности р, L/with a characteristic size of inhomogeneities n,, where p, is the correlation radius of fluctuations of interatism p, L /

).).

Поскольку РВSince RV

ГТГ радиус Рс :GTG Radius RS:

когерентности пол  рассе нного излучени  совпадает с радиусом рц когерентности источника, т.(. р Рк величина р, св зана с ним соотношением р. the coherence of the field of scattered radiation coincides with the radius rc of the coherence of the source, t. (. p Pk is the value of p, is related to it by the relation p.

р / л. Отсюда р р, / . Эта формула соответствует значению m 1/е.p / l. Hence p, p. This formula corresponds to the value of m 1 / e.

В то же врем  в ГОСТ 24А53-80 Измерение параметров и характерисAt the same time, in GOST 24A53-80, the measurement of parameters and characteristics

тик лазерного излучени , термины и определени  и буквенные обозначени  радиус пространственной когерентн ос- ти определ етс  как рассто ние между точками, при котором степень пространственной когерентности принимает значение, равное 1/2. Тогда формула дл  р принимает вид р Р(J 1/2) / . Если же масштабы р, и рц определ ть по убьгоанию соответствующих функций в m раз, тоLaser tick, terms and definitions and letter designations Spatial coherent radius of the axis is defined as the distance between points at which the degree of spatial coherence takes the value equal to 1/2. Then the formula for p takes the form p P (J 1/2) /. If the scales of p and rc are determined by the killing of the corresponding functions by m times, then

.р р, (-In т)/л1Т, ( или.r p, (-In t) / l1T, (or

mm

е e

Дистанционность измерений обеспечиваетс  приемом рассе нного излучени  из област  фокусировки, что поз- вол ет увеличить отношение сигнал/ /шум и соответственно увеличить дальность измерений.The distance of measurements is provided by the reception of scattered radiation from the focusing area, which allows an increase in the signal / noise ratio and, accordingly, an increase in the measurement range.

Повьш1ение оперативности измерений достигаетс  за счет непосредст- венного определени  искомого параметра по показани м коррелометра, что позвбл ет измер ть искомый параметр, практически в реальном времени. Increasing the measurement efficiency is achieved by directly determining the desired parameter using the correlometer readings, which allows one to measure the desired parameter almost in real time.

Пример соотношени  параметров, Пусть L 10, ар I м, А 10,6An example of the ratio of parameters, Let L 10, ar I m, A 10,6

97059705

, тогда р,, then p,

г ь иg and

4 Ю- 4 Yu-

г/ig / i

V4V4

inin

м , N, 10 , 2,5 см. Дл  устранени  усредн ющего действи  приемников мй флуктуации интенсивности рассе н о- го излучени  входные апертуры должны иметь размеры а 0,25 см, а рассто ние между ними должно измен тьс  в пределах 0,5 js р, 5 см.m., N, 10, 2.5 cm. To eliminate the averaging effect of receivers, my fluctuations of the intensity of scattered radiation, the input apertures should have dimensions of 0.25 cm, and the distance between them should vary within 0.5 js p, 5 cm.

Изобретение позвол ет проводить измерени  радиуса когерентности излучени  большой мощности, так как используетс  рассе нное излучение. Увеличиваетс  также разрешающа  спо собность, котора  при фотографической регистрации ограничена мощностью исследуемого излучени  за счет насьш1е ни  фотоматериалов. 20The invention permits measurements of the coherence radius of high power radiation, since scattered radiation is used. The resolution also increases, which, when photographed, is limited by the power of the radiation under study due to the presence of photographic materials. 20

5five

5 five

0 0

Claims (1)

Формула из обретени Formula of gain Способ измерени  радиуса пространственной когерентности лазерного излучени , заключающийс  в освещении рассеивающего объекта исследуемым .. лазерным излучением,фокусировке этого излучени  на объекте и регистрации рассе нного излучени ,о т л и - .чающийс  тем,что,с целью достижени  дистанционности и повьш1ени  оперативности,рассе нное излучение принимают из области фокусировки исследуемого излучени  одновременно по крайней мере в двух точках, преобра- ЗУ1ЭТ интенсивности рассе иного излучени  в электрические сигналы, определ ют их взаимиую коррел ционную функцию, а радиус пространственной когерентности р определ ют по рассто нию р, между точками приема рассе нного излучени , при котором коррел ционна  функцн  уменьшаетс  в m раэ по формулеThe method of measuring the radius of the spatial coherence of laser radiation, which consists in illuminating the scattering object with the laser radiation being investigated, focusing the radiation on the object and registering the scattered radiation, which is so that, in order to achieve distance and speed, it scatters This radiation is received from the focusing region of the radiation under study simultaneously at least at two points, the conversion of the intensity of the scattering of the other radiation into electrical signals is determined and mutual correlation function, and spatial coherence radius r is determined by the distance p between the dots receiving scattered radiation, wherein the correlation is reduced to funktsn m RAE formula PR р, (-In т).PR p, (-In t). / Je 8 / Je 8
SU874178936A 1987-01-12 1987-01-12 Method of measuring radius of spatial coherence SU1429705A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874178936A SU1429705A1 (en) 1987-01-12 1987-01-12 Method of measuring radius of spatial coherence

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874178936A SU1429705A1 (en) 1987-01-12 1987-01-12 Method of measuring radius of spatial coherence

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1429705A1 true SU1429705A1 (en) 1992-10-07

Family

ID=21279516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874178936A SU1429705A1 (en) 1987-01-12 1987-01-12 Method of measuring radius of spatial coherence

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1429705A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Мирэаев А.Т. и др. Когерентность излучени лазеров. Обзоры по электронной технике, ч.И, сер.4, М.,ЦНИИ Электроника, 1979, с.40. Дпенцев К.М. и др. Измерение ,, спектрально-частотных и коррел ционных параметров лазерного излучени . М.: Радио и св зь, 1982, с..259. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101109702B (en) Large-caliber laser isotope scanner and method for measuring structure constant atmosphere index of refraction
US5504719A (en) Laser hydrophone and virtual array of laser hydrophones
US5694931A (en) Method and apparatus for measuring concentration of absorptive constituent in scattering medium
CN107515402A (en) A kind of TOF three-dimensionals range-measurement system
EP0956496A2 (en) Method and apparatus for detecting an object
CN108594257A (en) Tachogenerator and its scaling method based on Doppler effect and measurement method
JPS63309825A (en) Direction deciding apparatus for light concurrently serving for detection of light
JP4018799B2 (en) Method and apparatus for measuring concentration of absorption component of scattering medium
GB2224175A (en) Weather lidar
UST102104I4 (en) Scanning optical system adapted for linewidth measurement in semiconductor devices
SU1429705A1 (en) Method of measuring radius of spatial coherence
JPS642903B2 (en)
JPS63188741A (en) Measuring instrument for range of visibility
SU1179757A1 (en) Method for remote measurement of laser beam diameter
RU218953U1 (en) Dual-frequency lidar to detect amplification of backscattering in the atmosphere
SU1073639A1 (en) Method of measuring atmosphere refraction index structural constant
SU1091076A1 (en) Optical doppler meter of reynolds stresses in liquid or gas flow
SU1430926A1 (en) Contact-free method of determining water attenuation index
SU702839A1 (en) Method of determining structural characteristics of refraction index
SU373602A1 (en) METHOD FOR DETERMINING THE LIMITS OF A MULTIPLE SCATTERING AREA IN OPTICAL ENVIRONMENTS
SU1520992A1 (en) Method of measuring a laser beam wave-front inclination angle
RU1297599C (en) Method of measuring speed of wind
SU1000984A1 (en) Atmosphere transparance determination method
Mullen et al. Full scale hybrid lidar-radar system
SU1659707A1 (en) Method of determining profiles of sea surfaces