UA81355C2

UA81355C2 - Radiation power detector

Info

Publication number: UA81355C2
Application number: UAA200603360A
Authority: UA
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-12-25

Abstract

The proposed radiation power detector contains a photodiode and a reflector. The reflector is designed as an ellipsoid of revolution and arranged at adistance from the radiation source that is equal to one-half of the longer axis of the ellipsoid. The detector is installed relative to the radiation source so that the radiation flux passes through the focal point of the ellipsoid. The proposed detector is distinctive by its extended functionality range and enhanced accuracy.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до метрології, зокрема, до вимірювання потужності лазерного або некогерентного 2 випромінювань у безперервному або імпульсному режимах.The invention relates to metrology, in particular, to measuring the power of laser or incoherent 2 radiation in continuous or pulsed modes.

Відомі фотодіоди самокалібруючі, що мають внутрішню квантову ефективність, близьку до одиниці, та дозволяють робити абсолютні вимірювання потужності випромінювань (1, 21.Known self-calibrating photodiodes that have an internal quantum efficiency close to unity and allow for absolute measurements of radiation power (1, 21.

Істотним недоліком при використанні таких фотодіодів є наявність відбитого від поверхні фотодіода випромінювання, що знижує точність вимірювань. Частина недоліків усувається використанням так званих 70 трап-детекторів, конструкцій фотодіодів, що дозволяють вимірювати відбите від їхньої поверхні випромінювання.A significant drawback when using such photodiodes is the presence of radiation reflected from the surface of the photodiode, which reduces the accuracy of measurements. Some of the shortcomings are eliminated by the use of so-called 70 trap detectors, photodiode designs that allow measuring the radiation reflected from their surface.

Найбільш близьким до того що заявляється, узятим за прототип, є трап-детектор, що складається із фотодіода і дзеркала встановленого по шляху поширення випромінювання таким чином, щоб забезпечити повернення на фотодіод відбитого їм випромінювання |З, 41.The closest to what is claimed, taken as a prototype, is a trap detector consisting of a photodiode and a mirror installed along the path of radiation propagation in such a way as to ensure the return of the radiation reflected by it to the photodiode |Z, 41.

Трап-детектор складається із фотодіода і плоского дзеркала, що багаторазово повертає відбите від 12 фотодіода випромінювання для наступного його вимірювання. Така конструкція дозволяє підвищити точність вимірювань, але разом з тим вона має ряд істотних недоліків. Такий трап-детектор має малу ширину прийомної діаграми спрямованості що при порівняно великому шляху проходження випромінювання робить проблематичним вимірювання потужності некогерентних джерел випромінювання, що мають, як правило, велику розбіжність. Крім того, у ньому існує випромінювання в зворотному напрямку, що, впливаючи на джерело випромінювання, спотворює результати вимірювання.The trap detector consists of a photodiode and a flat mirror, which repeatedly returns the radiation reflected from the 12th photodiode for its next measurement. This design allows to increase the accuracy of measurements, but at the same time it has a number of significant disadvantages. Such a trap-detector has a small width of the receiving directional diagram, which makes it problematic to measure the power of incoherent radiation sources, which, as a rule, have a large discrepancy, with a relatively long radiation path. In addition, there is radiation in the reverse direction, which, affecting the radiation source, distorts the measurement results.

В основу винаходу поставлена задача розширення функціональних можливостей трап-детектора і збільшення точності вимірювань.The invention is based on the task of expanding the functionality of the trap detector and increasing the accuracy of measurements.

Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у трап-детекторі, що складається із фотодіода і дзеркала встановленого по шляху поширення випромінювання таким чином, щоб забезпечити повернення на с фотодіод відбитого їм випромінювання, дзеркало виконане у формі симетричній щодо великої вісі частини Ге) еліпсоїда обертання і розташовано від фотодіода на відстані, рівній половині великої вісі еліпсоїда, а розміщується трап-детектор щодо джерела випромінювання таким чином, щоб випромінювання проходило через фокус еліпсоїда обертання, а крім того, трап-детектор обладнаний світловодом, край якого, що випромінює, розташований у фокусі еліпсоїда обертання. оThe problem is solved due to the fact that in the trap detector, which consists of a photodiode and a mirror installed along the radiation propagation path in such a way as to ensure the return of the radiation reflected by it to the photodiode, the mirror is made in a shape symmetrical with respect to the major axis of the part of the ellipsoid of rotation and is located from the photodiode at a distance equal to half the major axis of the ellipsoid, and the trap detector is placed relative to the radiation source in such a way that the radiation passes through the focus of the ellipsoid of rotation, and in addition, the trap detector is equipped with a light guide, the emitting edge of which is located in foci of the ellipsoid of rotation. at

Відмітні ознаки запропонованого пристрою дозволяють розширити функціональні можливості трап-детектора (0 і підвищити точність вимірювання.Distinctive features of the proposed device make it possible to expand the functionality of the trap detector (0 and increase the accuracy of measurement.

Запропонований трап-детектор зображений на фіг.1, де позначено: 1 - фотодіод, 2 - еліпсне дзеркало, З - Ше промінь джерела випромінювання, потужність якого виміряється, БЕ 4, Бо - фокуси еліпсоїда обертання, а - «-- велика піввісь еліпсоїда обертання, Б - мала піввісь еліпсоїда обертання. На фіг.2 показаний трап-детектор,The proposed trap detector is shown in Fig. 1, where it is marked: 1 - photodiode, 2 - elliptical mirror, Z - the beam of the radiation source, the power of which is measured, BE 4, Bo - the foci of the ellipsoid of rotation, and - «-- the semi-major axis of the ellipsoid rotation, B is the semi-minor axis of the ellipsoid of rotation. Fig. 2 shows a trap detector,

Зо що містить світловод - 4, за допомогою якого уводиться випромінювання в детектор. соFrom what contains the light guide - 4, with the help of which radiation is introduced into the detector. co

Фотодіод 1 розташовується на відстані а (половині великої вісі еліпсоїда) від дзеркала 2, виконаного у виді симетричної щодо великої вісі частини еліпсоїда обертання.Photodiode 1 is located at a distance a (half of the major axis of the ellipsoid) from mirror 2, which is made in the form of a part of the ellipsoid of rotation that is symmetrical about the major axis.

Винахід грунтується на властивості дзеркальної зліпсної поверхні відбивати будь-який промінь, що пройшов « через один із фокусів у напрямку, при якому він обов'язково пройде через другий фокус (Е 25), а відбившись З 50 другий раз від еліпсної поверхні, промінь знову пройде через фокус Р. і т.д., щораз притискаючись до великої с вісі еліпсоїда обертання. Шляхом простих геометричних побудов легко переконатися, що система, щоThe invention is based on the property of a mirror-shaped surface to reflect any ray that passed "through one of the foci in the direction in which it will necessarily pass through the second focus (E 25), and after reflecting Z 50 a second time from the elliptical surface, the ray again will pass through the focus R. etc., each time pressing against the major axis of the ellipsoid of rotation. By means of simple geometric constructions, it is easy to make sure that the system that

Із» складається із еліпсного дзеркала і плоского, встановленого в центрі еліпсоїда перпендикулярно великій вісі, працює аналогічним образом (51."Iz" consists of an elliptical mirror and a flat one, installed in the center of the ellipsoid perpendicular to the major axis, works in a similar way (51.

Таким чином, будь-який промінь, введений у трап-детектор через один із фокусів, залишається в ньому, не маючи можливості виходу з нього. со Працює трап-детектор у такий спосіб. - Промінь З від випромінювача спрямовується через фокус ЕЕ. на еліпсне дзеркало 2. Відбившись від дзеркала 2, промінь буде поширюватися в напрямку фокуса Е 5 і попаде на фотодіод 1, де виміряється потужність о випромінювання. Частина випромінювання відбивається від поверхні фотодіода в напрямку фокуса Е і, сл 20 відбившись від еліпсного дзеркала 2, знову попадає на фотодіод 1 і т.д., щораз наближаючись до великої вісі еліпсоїда. При цьому немає відбитого із трап-детектора випромінювання. Для уведення випромінювання в сл трап-детектор необхідно користатися оптикою (об'єктив, лінза), фокусуя випромінювання, що вводиться, у фокусThus, any beam introduced into the trap detector through one of the focuses remains in it without being able to escape from it. so The trap detector works in the following way. - Ray C from the emitter is directed through focus EE. on the elliptical mirror 2. Reflecting from the mirror 2, the beam will spread in the direction of the focus E 5 and fall on the photodiode 1, where the radiation power is measured. Part of the radiation is reflected from the surface of the photodiode in the direction of the focus E and, having reflected from the elliptical mirror 2, again falls on the photodiode 1, etc., each time approaching the major axis of the ellipsoid. At the same time, there is no radiation reflected from the trap detector. To introduce radiation into the sl trap detector, it is necessary to use optics (objective, lens), focusing the introduced radiation into a focus

Е.. Кут, під яким уводиться випромінювання у трап-детектор (між великою віссю еліпсоїда і напрямком променя, що вводиться ), може бути довільним. Чим менше величина цього кута, тим швидше перевідбиваний у детекторі 25 промінь наближається до великої вісі і навпаки. Випромінювання в трап-детектор може вводитися за допомогоюE.. The angle at which radiation is introduced into the trap detector (between the major axis of the ellipsoid and the direction of the introduced beam) can be arbitrary. The smaller the value of this angle, the faster the beam re-reflected in the detector 25 approaches the major axis and vice versa. Radiation can be introduced into the trap detector using

ГФ) світловода 4 (фіг.2). При цьому світловод установлюється таким чином, щоб випромінюючий кінець його розміщався у фокусі еліпсоїда обертання. Вплив світловода на результати вимірювання буде мінімальним о внаслідок малості його розміру (діаметр скловолокна звичайно "« 0,08мм).GF) light guide 4 (Fig. 2). At the same time, the light guide is installed in such a way that its radiating end is located at the focus of the ellipsoid of rotation. The influence of the optical fiber on the measurement results will be minimal due to its small size (the diameter of the glass fiber is usually 0.08 mm).

Випромінювання у трап-детектор може вводитися одночасно від декількох джерел. Така конфігурація 60 надзвичайно зручна при передачі спектрорадіометричних величин і при проведенні звірень декількох джерел випромінювань, що підключаються до детектора одночасно і знаходяться в однакових умовах для вимірювань.Radiation can be introduced into the trap detector simultaneously from several sources. This configuration 60 is extremely convenient when transmitting spectroradiometric values and when comparing several sources of radiation that are connected to the detector at the same time and are in the same conditions for measurements.

Запропонована конструкція трап-детектора дозволяє робити вимірювання потужності некогерентних джерел випромінювання із широкою діаграмою спрямованості, тому що в даній конструкції відбувається звуження діаграми при кожному наступному відбитті від фотодіода. бо Використання трап-детектора дозволяє підвищити точність вимірювань. Це робить привабливим і перспективним використання трап-детектора запропонованої конфігурації при проведенні прецизійних спектрорадіометричних вимірювань лазерного і некогерентного випромінювань у безперервному та імпульсному режимах.The proposed design of the trap detector allows you to measure the power of incoherent radiation sources with a wide directional pattern, because in this design the pattern narrows with each subsequent reflection from the photodiode. Because the use of a trap detector allows you to increase the accuracy of measurements. This makes it attractive and promising to use the trap detector of the proposed configuration when performing precise spectroradiometric measurements of laser and incoherent radiation in continuous and pulse modes.

Джерела інформації 1. Магрша Т., І іеддиеві Ї.., І апамідзеп Н., Кедпі Н., де Мгееде У. //Меїгоіодіа. - 1991. -28. -Р.349-352. 2. Н.В. Гур'єв, А.Д. Купко, Л.А. Назаренко //Український метрологічний журнал. - 2002. - Вин. 1. - С.40-44.Sources of information 1. Magrsha T., I ieddievi Y.., I apamidzep N., Kedpi N., de Mgeede U. //Meigoiodia. - 1991. -28. -R.349-352. 2. N.V. Guryev, A.D. Kupko, L.A. Nazarenko //Ukrainian Metrological Journal. - 2002. - Vin. 1. - P.40-44.

З. У.М. Раїтег // МеїгоІодіа. - 1993. - 30. - Р.323-333. 4. 0.5. І еНеге Раїепі 5, 084, 621, 1992, азвідпейд ю Сіпсіппаїї ЕІесігопісв. 70 5. А.С. Литвиненко, О.В. Прусихин /Український метрологічний журнал. - 2000. - Вип. 2. - С.48-50.Z. U.M. Raiteg // MeigoIodia. - 1993. - 30. - R.323-333. 4. 0.5. I eNege Raiepi 5, 084, 621, 1992, azvidpayed yu Sipsippaiyi Eiesigopisv. 70 5. A.S. Lytvynenko, O.V. Prusykhin /Ukrainian Metrological Journal. - 2000. - Issue 2. - P.48-50.

Claims

The formula of the invention

1. A trap detector consisting of a photodiode and a mirror installed to ensure the direction of the radiation reflected by it onto the photodiode, which is distinguished by the fact that the mirror is made in the form of a symmetric part of the ellipsoid of rotation with respect to its major axis and is located from the photodiode at a distance equal to half of the major axes of the ellipsoid, and the trap detector is placed relative to the radiation source so that the radiation from the source passes through the focus of the rotation ellipsoid.

2. Trap detector according to claim 1, which is characterized by the fact that it is equipped with a light guide, the emitting end of which is located in the focus of the ellipsoid of rotation. s (8) IS) yu so "- d) shi s ;" (ee) - (95) c 50 sl F) ime) 60 b5