Способ измерения радиуса кривизны волнового фронта лазерного пучка

 

Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может использоваться в адаптивной оптике. Цель изобретения - снижение энергетических потерь и упрошение измерений для лазерного излучения высокой энергии. Цель достигается тем, что по размерам сигнала обратного рассеяния определяется размер лазерного пучка на даг.ьности, менычей длины нелинейности. Радиус кривизны волнового фронта определяется отношением размера излучающей апертуры к угловому приращению между размером излучающей апертуры и размером сечения пучка. 2 ил. в

СПЕЗ СОР=-ТСНИХ

СОЦЮЛИСТИ .ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) 31 А1 (51) > С 01 N 2I Ol

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

Н АВТОРСКОМ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07, 10.92. Бюл, Р 37 (21) 4205664/25 (22) 03.03.87 (71) Институт оптики атмосферы

СО АН СССР (72) В.А.Банах, В.М.Булдаков, А.Н.-Глушков и В.В.Покасов (53) 621.378 (088.8) (56) Харди Дж. Активная оптика. Новая техника управления световым пучком.

ТИИЭР, 1979, т. 66,11 6, с.33

Патент OIIA 0 4477720, кл. С 01 J 1/20, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ВОЛНОВОГО ФРОНТА ЛАЗЕРНОГО

ПУЧКА (57) Изобретение относится к области измерения пара. етров лазерного излучения и может использоваться в адаптивной оптике. Цель иэобретения— снижение энергетических потерь к упрощение измерений дпя лазерного излучения высокой энергии. Цель достигается тем, что по размерам сигнала обратного рассеяния определяется размер лазерного пучка на джьности, меньшей длины нелинейности. P a" диус кривизны волнового фронта определяется отношением размера излу чающей апертуры к угловому приращению между размером излучающей апертуры и размером сечения пучка. 2 нл.

1436631

Изобретение относится к дбласти измерения параметров лазерного излучения и может быть использовано в адаптивных оптических системах фокусировки импульсного лазерного иэлуче» ния на удаленные объекты для измерения радиуса кривизны волнового фронта начального поля излучения лазерного генератора. 10

Целью изобретения, является снижение энергетических потерь и упрощение измерений радиуса кривизны волнового фронта лазерного излучения с повышенной энергией.:

На фнг.! приведена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 — схема формирования пучка.

Устройство содержит синхронизатор

1, лазерный генератор 2, адаптивную оптическую систему 3, приемную оптическую систему 4, матрицу 5 приемников оптического излучения, временной селектор 6, измеритель Z размеров изображения принимаемого сигнала и 25 измеритель 8 радиуса кривизны волнового фронта.

Принцип. работы устройства поясня" ется фиг.2, где в приближении геометрической оптики показана схема форми- 30 рования сфокусированного лазерного

I пучка в плоскости ХООУ где АА - излучающая апертура источника, дуга

ВН - фаз оное распределение чачального поля источника с радиусом кривизны

F BD = В D OD, СС - линейный размер поперечного сечения пучка на расстоянии 00 L от источлика. Из

t простых геометрических соотношений величина F для апертур использую 40 щнхся на практике (АА = l м), и

АА расстояний L 1 км РОО

AA -СС

Иэ этого выражения следует, что для определения радиуса кривизны волнового фронта начального поля источника необходимо измерение линейных раэмерон излучающей апертуры и поперечного сечения лазерного пучка на расстоянии L.

Линейные размеры излучающей апертуры могут .быть измерены известными методами и являются паспортной характеристикой лазерного генератора. Для измерения линейных размеров поперечного сечений пучка на некотором расстоянии от источника (Ь F) в изобретении используется сигнал обратного рассеяния, П» распространение прямого нысокоинтенсивного лазерного излучения окаэынает влияние тепловое самовоздействне и турбулентность, а на слабоинтенсинный сигнал обратного рассеяния турбулентность. Поэтому проводилась оценка влияния теплового самовоэдейстння и турбулентности. Расчеты проводились для наиболее типичных характеристик пучка с повышенной энергией излучения и параметров ее приемопередающего тракта. Длина волны 8» х10 см, радиус кривизны волнового фронта F от 1О м до бесконечности, параметр нелинейности варьировался от 10 до 10, структурная характерис3 тика флуктуаций диэлектрической проницаемости- воздуха последовательно задавалась от 10 и до 10 м эффективные радиусы передающей и приемной апертур 0,5 м, расчеты проводились для плоскости резкого иэображения. В результате проведенных расчетов установлено, что при дальности приема меньшей длины Ви нелинейности (L (R ) максимальное значение интенсивности принимаемого сигнала уменьшается на 5% вследствие влияния теплового самоноздействия и турбулентности атмосферы при неблагоприятных условиях распространения. При этом изменение размеров иэображения принимаемого сигнала и смещение координат его энергетического центра не превышает. 1%.

Устройство работает следующим образом.

Лазерный генератор 2 генерирует последовательность импульсов оптического излучения, которые, пройдя через адаптивную оптическую систему

3 формирования пучка, направляются на удаленный объект. Пучок, распространяясь в атмосфере, рассеивается на ее компонентах, и сигнал обратно- го рассеяния через приемную оптическую систему 4 поступает на матрицу

5 приемников оптического излучения.

C выхода последней с помощью нременного селектора 6, работа которого с помощью синхронизатора 1 привязывается к периоду повтдрения импульса, выделяется сигнал, соответствующий заднему фронту каждого излучаемого импульса. При этом длительность каждого сигнала равна длительности стфобирующего импульса, выбираемой из условия обеспечения минимальной ошибки

Э 14366 измерения, а дальность приема э адается априорно не превьпяаюшей длину нелинейности. В измерителе 7 размеров иэображения принимаемого сигнала для

6 каждого импульса, поступающего иэ временного селектора 6, измеряются размеры изображения, по которым в измерителе 8 радиуса кривизны волнового фронта определяется искомый радиус кривизны волнового фронта каждого излучаемого импульса.

В отличие от прототипа в данном решении не требуется принудительного отвода части излучаемой энергии в измерительное устройство, так как для измерения радиуса кривизны волнового фронта предлагается использовать информативные свойства сигнапа обратного рассеяния. Это позволяет снизить 20 энергетические потери, а также упростить реализацию способа измерения радиуса кривизны волнового фронта ла. зерного пучка.

3t

4 лазерный пучок и измеряют характерис тики поперечного сечения пучка, по которым рассчитывают радиус кривизны волнового фронта, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения энергетических потерь и упрощения измерений для лазерных пучков с повьыенной энергией, перед измерениями регистрируют излучение, рассеянное атмосферой в обратном направлении с расстояния Lq не превышающего длину нелинейности, по характеристикам указанного излучения измеряют размеры поперечного сечения пучка на расстоянии L от излучающей апертуры, определяют угловое приращение между размерами излучающей апертуры и размерами поперечного сечения пучка на расстоянии L а радиус кривизны волнового фронта лазерного пучка F рассчитывают по отношению размеров излучакидей апертуры к их угловому приращению по формуле

Формула изобретения а

Р а- а

11 где а, а„- эффективные радиусы иэСпособ измерения радиуса кривиз- лучающей апертуры и поперечного сече» иы волнового фронта лазерного пучка, ния пучка иа расстоянии L от нее соотзаключающийся в том, что формируют 30 ветственио.

143б631 д Х

Составитель В. Капечиц

Редактор Т,Юрчикова Техред А.Кравчук Корректор М.Демчик

Заказ 4566

Тираж Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4