Устройство для определения структуры светового пучка

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРЫ СВЕТОВОГО ПУЧКА, содержащее фотоприемник, расположенный на электромеханическом преобразова теле, и осциллограф, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повьшения точности измерений структуры пучков произвольной формы и длительности, в устройство дополнительно введен фазовращатель, а в качестве фотопри емника использован полупроводниковый гетеррлазер с полосковой актив- ,ной областью, при этом вертикальная развертка осциллографа соединена с фотоприемником, а горизонтальная (Л развертка осциллографа соединена через фазовращатель с электромеханическим преобразователем. ел оо О) 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(З1) G 01 J 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ (2l) 3687326/24-25 (22) 04.01.84 (46) 23.05.85. Бюл. Ф 19 (72) И.Г.Гончаров, А.П.Грачев, ..К.Б.Дедушенко, И.Г.Лихачев и А.Н.Мамаев (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (53) 535.24 (088.8) (56) 1. Гвоздева И.П. ° Коркина Н.И.

Прикладная оптика и оптические измерения. М., Машиностроение", 1976, с.353.

2. Firester А. et al. Knife-edge

scanning measurement of subwave1ength

focused light beams. - J. Арр1. 0pticssv.16.1977,7,,р ° 1971 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СТРУКТУРЫ СВЕТОВОГО ПУЧКА, содержащее фотоприемник, расположенный на электромеханическом преобразователе, и осциллограф, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности измерений структуры пучков произвольной формы и длительности, в устройство дополнительно введен фазовращатель, а в качестве фотоприемника использован полупроводниковый гетеролазер с полосковой актив.ной областью, при этом вертикальная развертка осциллографа соединена с фотоприемником, а горизонтальная развертка осциллографа соединена через фазовращатель с электромеханическим преобразователем.

1 1157

Изобретение относится к квантовой электронике и волоконно оптике и может быть использовано, в частности, при определении структуры пучка света. 5

Известно устройство для оценки качества оптики по изображению точки, которое используется для проверки объективов. Устройство состоит из осветителя, точечной диафрагмы, t0 коллиматора, проверяемого объектива и горизонтального микроскопа. Осве титель, коллиматор и точечная диафрагма могут быть заменены лазером.

Оценка качества изображения произ- 15 водится при наблюдении с помощью горизонтального микроскопа изображения точки, кружка Эйри - размеров сфокусированного пучка света fl).

Недостатком этого устройства 20 является то, что оно дает лишь качественные представления о размере пучка и не обеспечивает прямого определения структуры пучка.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения структуры светового пучка, содержащее фотоприемник, расположенный на электромеха.ническом преобразователе, и осциллограф 2).

Недостатками известного устройства .являются сложность изготовления и .неприменимость для измерения пучков произвольной формы. В устройстве использована ножевая диафрагма, что е позволяет восстанавливать форму

:пучка в виде дифракционных колец.

Кроме того, это устройство неприме- 46

:яимо для обмера пучков произвольной длительности.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение точности измерений структуры пучков произволь- 45 ной формы и длительности.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее @отоприемник, расположенный на электромеханическом преобразователе, и ос- 50 циллограф, дополнительно введен фазовращатель, а в качестве фотоприемника использван полупроводниковый гетеролаэер с полосковой активной областью, при этом вертикальная раэ- 5$ вертка осциллографа соединена с фотоприемником, а горизонтальная развертка осциллографа соединена

363 через фаэовращатель с электромеханическим преобразователем.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит фотоприемник 1, представляющий из себя полупроводниковый гетеролазер с полосковой активной областью, размещенный на подвижной части 2 электромеханического преобразователя 3 и связанный электрически с усилителем вертикального отклонения оциллографа 4, горизонтальная развертка которого соединена электрически с электромеханическим преобразователем 3 через регулируемый фаэовращатель 5.

Устройство работает следующим образом.

При освещении пучком света активной области полупроводникового лазера, включенного в фотовольтаическом режиме, возникает сигнал фотоЗДС, пропорциональный интенсивности света, падающей на приемную площадку - полосковую активную область.

Полупроводниковый лазер установлен на подвижной части 2 электромеханического преобразователя 3, который эапитывается переменным синусоидальным напряжением и вызывает перемещение активной области в направлении, перпендикулярном ее ширине . в измеряемом сечении пучка, что приводит к модуляции поглощенного света и образованию неравновесных носителей тока, часть которых рекомбинирует вне активной области, а часть носителей тока, проходящих через.р-п переход лазера, дает вклад в сигнал фото-ЗДС. Сигнал фото-ЗДС поступает на вход усилителя вертикальной развертки оциллографа 4, горизонтальная развертка которого синхронизирована с положением активной области фотдприемника или прямом и обратном ходе развертки, так как она связана электрически через фазовращатель

5 на Я -С цепочке с подстроечным сопротивлением с напряжением питания электромеханнческого преобра зователя 3. Фазовращатель устраняет инерционное запаздывание положения приемной площадки при прямом или обратном ходе калиброванной развертки осциллрграфа и фотоприемной площадки. В качестве фотоприемника использован полосковый полупровод.

Составитель С.Бочинский

Редактор С.Патрушева Техред И.Асталош Корректор 0.Билак

Заказ 3328/38 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

3 никовый гетеролазер Hà GaA1AWaAs.

При реализации устройства чувствительность фотоприемника 0 5 А/Вт.

Размер активной области 0,4 10 мкм, что обеспечивает точность определения размеров пучка не хуже 1 мкм на длине волны 0,8 мкм, усредненного по полоске 10 мкм. Калибровку pasвертки осциллографа определяют путем анализа интерференционной картины полос с периодом 1,2 мкм, полученных в области пересечения сбитых под углом пучков от одного лазера, которые анализируют при колебаниях фотоприемника в пределах

300 мкм. По числу наблюдаемых на экРане осциллографа максимумов на деление определяют масштаб горизонтальной развертки, ее линейность и разрешающую способность устройства в целом. Наименьший размер эллиптического пучка от полупроводникового лазера на длине волны 0,8 мкм, сфокусированного плоскосферической линзой радиусом 40 мкм с апертурой

1,5 из халькогенидного стекла составляет по половине интенсивности

3 1 мкм. При регистрации того же пучка в импульсном режиме при длительности импульсов 10 мкс, следующих с частотой 10 кГц, на экране

157363 4 осциллографа наблюдают огибающую импульсов при вращении переменного сопротивления фаэовращателя, которая описывает форму распределения интенсивности в сечении пучка.

Приведенные конкретные параметры устройства эа исключением размеров активной области, разделяющей разрешение и точность измерения размеров !

О пучка, приведены только в качестве иллюстрации работы устройства

Предлагаемое устройство можно испольэовать и для измерения пучков большой мощности, так как зеркала лазера выдерживают плотность излучения более 1 МВт/см . Изготавливая а. гетеролазер из полупроводников с меньшей шириной запрещенной зоны, можно создать устройство для измерения размеров пучков света в ИКдиапазоне, где визуализация пучков особенно затруднительна. Быстрое сканирование с частотой 50 Гц позволяет вести измерения на фоне низкочастотного механического шума, вибраций системы.

Таким образом, устройство является простым, позволяет точно обмерять структуру пучков произвольной формы и длительности и может найти широкое применение в народном хозяйстве.