Способ определения поперечного размера пучка лазерного излучения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 1 1000780 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.03.81 (21) 3258137/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 2802.83 ° Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.83 (51) М.Кл з

G01 j 5/10

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (33)УДК 621.373..826:535..232.65(088.8) (72) Авторы изобретения

О.В.Елфимов, Л. (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институ физики АН Украинской ССР (5 4 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО РАЗМЕРА ПУЧКА

ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может бысть ис- пользовано для определения диаметров лазерных пучков в широком спектральном диапазоне.

Известен способ определения диаметра лазерного пучка, заключающийся в сравнении поперечного. сечения пучка с калиброванными диафрагмами $1).

По данному способу пучку приписывается диаметр, равный размеру диафрагмы, которая ослабляет мощность пучка йа 10% от значения мощности, зарегистрированной без диафрагм. Погрешность способа, обусловленная,в частности, дискретностью набора диафрагм и зависимостью результатов измерения от изменения интенсивности лазерного пучка, достигает 15Ъ.

Известен также способ огределения поперечного размера пучка лазерного излучения, включающий измерение относительной мощности падающего излучения с помощью приемника излучения, содержащего четное число идентичных пироэлектрических чувствительных элементов, расположенных вплотную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости. При этом производится синтез изображения профиля по совокупности сигналов от многоэлементного пироэлектрического приемника излу5 чения P2).

Однако точность указанного способа недостаточна, поскольку определяется размерами отдельных элементов многоэлементных приемников и расстояниями между ними.

Цель изобретения — повышение точ ностии измерения поперечного размера пучка лазерного иэлучения.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу определения поперечного размера пучка лазерного излучения, включакшему измерение относительной мощности падающего излучения с помощью приемника излучения, содержащего четное число идентичных пироэлектрических чувствительных элементов, расположенных вплотную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости, устанавливают прием- ник относительно пучка так, чтобы сигналы со всех чувствительных элементов были равны, производят перераспределение мощности между чувствительными элементами путем смещения приемника перпендикулярно пучку, измеряют относительную мо ность, 1000780 падакщую на каждый чувствительный элемент, а поперечный разрез пучка вдоль направления смещения приемника . определяют по формуле ! дх/,r О„

d =к л- —

/401-Д01+ "2

5 (1) где АХ вЂ” поперечный размер пучка в направлении х;

К вЂ” постоянная, характеризу- 10 ющая формулу и взаимное расположение чувствительных элементов (К=2 при

n=4);

ДМ вЂ” смещение приемника 15 ди. — относительная мощность

1И 1 излучения, падающая на 1 -й элемент, и ее изменение соответственно; номер чувствйтельного элемент а, ll — число чувствительных элементов в приемнике.

Способ осуществляется следующим образом.

Приемйик, составленный из двух идентичных прямоугольных чувствительных элементов, расположенных вплотную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости, устанавливают так, чтобы сиrналы с обоих чувствительных элементов были равны(01= U2 ) . При смещении приемника, перпендикулярного пучку и границе раздела чувствительных элементов, на расстояние, равное .

d/2, изменение относительной мощнос- Ç5 тиД0, вызванное перераспределением падающего излучения между чувствительными элементами, монотонно меняетсЯ от ДО=О ДОИ=О „О Х, гДеЧ311ОХ=Ц,+() .

При Д(1= Q„„ОХ пучок полностью пере- 4Q ходит на один из элементов приемника, таким образом мини лальное смещение ДX, вызывающее ДЦ =. 0 x равно

Й/2. Однако при смещениях дХ, близких к с1/2, прирост g(1 нелинеен и 45 слабо выражен, вследствие чего погрешность измерения диаметра велика.

Область, где д 0 является линейной функцией дХ, лежит в пределах О дХ

< . Для этОЙ Области крутизна KpH — 50 вой Дф1(ДХ ) обратно пропорциональна ДО -1 диаметру пучка, т.е. л(— ) i Норд-1дх ) .мировка ЬО относительно суммарной мощности излучений, падакщей на приемник, дает

b, Х (u1+ U2) u(u,40 )" Д01-Д02 (21

Наличие операции нормировки исключает погрешность определения ди- 60 аметра пучка, связанную с изменением интенсйвности пучка в процессе измерения, если при начальном расположении приемника Ц 4 0 и леет место более общая формула (1) . Ь5

Существование аналитической зависимости типа О =Т (uÄ,дХ) позволяет исключить погрешность определения диаметра пучка лазерного излучения, обусловленную наличием дискретных измерительных элементов, характерных для аналогов.

Пример . Определяют диаметр пучков, формируемых при помощи лазера, диоптрийной трубки и набора калиброванных диафрагм. В качестве приемника излучения используют квад.— ратный пироэлектрический приемник излучения диаметром 16 мм. Пироприемник устанавливают перпендикулярно направлению распространения пучка так, чтобы сигналы со всех четырех

Чувствительных элементов были равны между собой, а затем при помощи микрометрического винта смещают вдоль одной из его координатных осей на

0,4 мм. При диаметре пучка 2"- 7 мм относительная погрешность измерения диаметра составляет 4 — 8,бЪ.

Использование предлагаемого способа определения диаметра пучка лазерного излучения обеспечивает по сравнению с известными способами меньшую погрешность определения диаметра пучка, независимость определения диаметра пучка от изменения его интенсивности в процессе измерения, простоту юстировки приемника излучения относительно измеряемого пучка и возможность определения линейных размеров сечения пучка в разных направлениях (количество направлений равно Ь/2, где и — число приемных плсщадок l.

Предлагаемый способ может.,найти широкое применение в лазерной техни ке, особенно для ИК-области спектра.

Формула изобретения

Способ определения поперечного размера пучка лазерного излучения, включакщий измерение относительной мощности падакщего излучения с помощью приемника излучения, содержащего четное число идентичных пироэлектрических чувствительных элементов, расположенных вплотную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения поперечного размера пучка, устанавливают приемник относительно пучка так, чтобы сигналы со всех чувствительных элементов были равны, производят перераспределение мощности между чувствительными элементами путем смещения при— емника перпендикулярно пучку, измеряют относительную мощность, падающую на каждый чувствительный эле— мент, а поперечный размер пучка

1000780

1 в номер чувствительного эЛемента

- - число чувствительных элементов в приемнике . где

Составитель Г. Плешков

Редактор М. Рачкулинец Техред Т. Маточка Корректор:Н. Король

Заказ 1361/40 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

-по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вдоль направления смещения приемника определяют по формуле ;Й

5 д„- поперечный размер пучка в направлении.7, K — постоянная, характеризующая форму и взаимное расположение чувствитель- щ ных элементов(К =2 при и=4);

ЬХ вЂ” смещение приемника 1

Ц. и ц — относительная мощность

1 4 излучения, падающая на -й элемент, и ее изменение соответственно

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лазеры газовые. Методы измере .

1ння диаметра и расходимости пучка излучения. ОСТ 11.ОДО.397. 004-74.

2. Красовский В.М;- и др; Матркч ное пироэлектрическое приемное устройство для исследования оптических квантовых генераторов . — "Приборы и техника эксперимента", 1976, 9 4, 216-218 (прототип ).