Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения

 

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения (ПЭХЛИ), и может быть использовано при аттестации средств измерений относительного распределения плотности энергии /мощности/ в поперечном сечении пучка лазерного излучения для определения пространственной неравномерности сечения пучка излучения и др. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров и повышение точности определения ПЭХЛИ. Суть изобретения заключается в определении моментов MI, где I изменяется от 0 до 6, являющихся параметрами распределения лазерного излучения. Моменты MI определяются по трем измерительным каналам, в каждом из которых на входе установлены модулирующая щелевая диафрагма и четырехсегментный фотоприемник. Излучение на вход каждого измерительного канала поступает с выхода диффузного рассеивателя, на поверхности которого установлена дополнительная щелевая диафрагма. По определенным значениям моментов MI в блоке обработки информации осуществляется вычисление таких параметров ПЭХЛИ, как величина энергии, координаты энергетического центра, диаметр пучка излучения, относительное распределение плотности энергии (мощности) и неравномерности распределения плотности энергии в сечении пучка излучения, близкого к равномерному. Таким образом обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства, при этом повышается точность измерений приблизительно в 2 раза. 2 ил.

.СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 J 5/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР,(21) 4191123/24-25. (22) 09.02.87 (46) 23,05,89. Бюл. № 19 (72) В.А.Шангин, А,М.Райцин и И,И.Шангина (53) 536,5(088,8) (56) Абакумов В.Г. и др. О построении многоканальных статистических преобразователей информации: Сб.

Вестник КПИ. Радиоэлектроника. Киев: Вища школа, 1980, ¹ 1.7, с. 57-61.

Шангин В,А. и др. Измерительный комплекс для определения пространственно-энергетических характерис- тик поля излучения: Тезисы 12-й Всесоюзной н-т конференции по высокоскоростной фотографии, фотонике и метрологии быстропротекающих процессов, Y., 1985, с, 174. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРОСТРАНСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения (ПЭХЛИ),и может быть использовано при аттестации средств измерений относительного распределения плотности энергии (мощнос-, ти) в поперечном сечени пучка лазерного излучения для определения про1

Изобретение относится к области технической физики в части создания устройств для определения пространственно-энергетических характеристик

„„SU„„1481603 А1 странственной неравномерности сечения пучка излучения и др. Цель изобретения — расширение диапазона изме-ряемых параметров и повышение точности определения ПЭХЛИ. Суть изобретения заключается в определении моментов ш °, где 1 изменяется от 0

1 У до 6, являвшихся параметрами распределения лазерного излучения. Моменты ш . определяют по трем измеритель1 ным каналам, в каждом из которых .на входе установлены модулирующая щелевая диафрагма и четырехсегментный фотоприемник. Излучение на вход.каждого измерительного канала поступает с выхода диффузного рассеивателя, C

Ю на поверхности которого установлена . дополнительная щелевая диафрагма, По определенным значениям моментов m:

I в блоке обработки информации осуществляется вычисление таких параметров ПЭХЛИ, как величина энергии, координаты энергетического центра, диаметр пучка излучения, относительное фф3ь распределение пЛотности энергии {;ф (мощности) и неравномерности распределения плотности энергии в сечении пучка излучения, близкого к равномерному.. Таким образом обеспечивается расширение функциональных возможностеи устройства, при этом повышается точность измерений приблизительно в

2 раза, 2 ил.

2 лазерного излучения (ПЭХЛИ) и может быть использовано при аттестации средств измерений относительного распределения плотности энергии (мощнос1481603 ти) в поперечном сечении пучка лаз ерного излучения для определения пространственной неравномерности сечения пучка излучения и др.

Цель изобретения — расширение ди5 апазона измеряемых параметров и повышение точности определения ПЭХЛИ.

Ка фиг. I изображена блок-схема устройства для определения ПЭХЛИ; на фиг, 2 — ход лучей от произвольно взятой точки А сечения пучка лазерного излучения в плоскости щелевой диафрагмы, установленной на диффузном рассеивателе к приемной поверхности первого четырехсегментного фотоприемника первого измеритель— ного канала.

Устройство содержит щелевую диафрагму 1, установленную на диффузном рассеивателе 2, первую 3, вторую 4, третью 5 модулирующие щелевые диафрагмы, каждая из которых установлена перед первым 6, вторым 7, третьим

8 четырехсегментными фотоприемниками 25 соответственно, Первая модулирующая щелевая диафрагма 3 и первый четырехсегментный фотоприемник 6 являются входом первого измерительного канала

9, содержащего, кроме того, первый

10 и второй 11 сумматоры, первый 12 и второй 13 блоки вычитания и первый

14 и второй 15 блоки деления. Вторая модулирующая щелевая диафрагма 4 и второй четырехсегментный фотоприемник 7 являются входом второго,измерительного канала 16, содержащего, кроме того, третий сумматор 17, третий 18, четвертый 19 и пятый 20 блоки вычитания, третий 21 и четвер- 40 тый 22 блоки деления. Третья моду-. ,лирующая щелевая диафрагма 5 и третий четырехсегментный фотоприемник

8 являются входом третьего измерительного канала 23, содержащего, кро- 45 .ме того, четвертый сумматор 24, шестой 25, седьмой 26 и восьмой 27 блоки вычитания и пятый 28 и шестой 29 блоки деления,.Выходы первого 9, второго 16 и третьего 23 измерительных каналов подключены к соответствую ì входам блока 30 обработки информации.

Первый четырехсегментный фотоприемник 6 содержит первый сегмент 31, 55 расположенный вдоль положительного направления оси У, второй 32 и третий 33 сегменты расположены вдоль оси X и четвертый сегмент 34, осесимметричный первому сегменту 31.

Второй четырехсегментный фотоприемник 7 содержит первый сегмент 35, расположенный вдоль положительного направления оси У, и второй сегмент

36, осесимметричный первому сегменту 35, Третий четырехсегментный фотоприемник 8 содержит первый сегмент 37, расположенный вдоль положительно направленной оси У, и второй сегмент

38, осесимметричный первому сегмен-. ту 37, Форма границы раздела между сегментами фотоприемника в каждом измерительном канале описана функцией вида У= 1Х!,где и — номер канала в прямоугольной системе координат Х, У, центр которой лежит в центре приемной поверхности фотоприемника, а ось Х совпадает с направлением щелевой модулирующей диафрагмы.

111елевая диафрагма 1, диффузный рассеиватель 2, первая 3, вторая 4, третья 5 модулирующие щелевые диаф- рагмы и первый 6, второй 7 и третий

8 четырехсегментные фотоприемники жестко установлены в едином корпусе

39, который снабжен приводом 40 вращения корпуса 39 вокруг оси, перпендикулярной плоскости диффузного рассеивателя 2 и проходящей через центр щелевой диафрагмы 1, Устройство работает следующим образом, Лучок излучения поступает на вход устройства — щелевую диафрагму I, установленную на диффузном рассеивателе 2. Г1елевая диафрагма 1 выделяет только часть пучков в виде узкой полосы вдоль оси У, Излучение рассеивается диффузным рассеивателем 2 и через первую 3, вторую 4 и третью 5 модулирующие диафрагмы попадает на приемные поверхности первого 6, второго 7 и третьего 8 четырехсегментных фотоприемников, Известно, что ПЭХЛИ, к которым относятся, например, величина энер,гии, координаты энергетического центра, диаметр пучка излучения, относительное распределение плотности энергии (мощности), неравномерность распределения плотности энергии Б(у) в сечении пучка излучения, близкого к равномерному, могут быть определены

81603

20 и n

ЭО

fi à

8ар

5 !4 с помощью решения уравнения Пирсона:v-g

d S (y) /dy= — - — — — — S (у) Ь о+Ъ у+Ье у где S (у) — площадь; а и Ь (д=0»1»2) — постоянные параметры, которые могут быть определены с помощью моментов распределения моментов m m -и о»

Количество определяемых моментов впрямую связано с конкретной определяемой пространственно-энергетической характеристикой, При этом интегрирование уравнения Пирсона позволяет по значениям постоянных параметров а и Ь; определить требуемую

ПЭХ» например, определив с помощью моментов m, m,-m < постоянные параметры а, Ь „ b и Ь, можно восстаI новить функцию относительного распределения плотности энергии, сравнив полученнсе распределение с равномерным, определить искомую неравномерность. Предлагаемое устройство и позволяет определить параметры распределения — моменты, являющиеся исходными при определении указанных ПЭХЛИ.

Определение моментов распределения происходит следующим образом.

Рассмотрим поток излучения от элементарной площадки ЙЯ в окрестности точки A сечения пучка излучения в плоскости щелевой диафрагмы 1 на диффузном рассеивателе 2 (фиг, 2).

Поскольку щелевая диафрагма 1 выделяет одномерное сечение двумерного распределения энергии, то можно заменить элементарную площадку dS в сечении пучка излучения щелевой диафрагмой 1 на dy полагая неизменность и малость dx.

Поток излучения йф от элементаре ной площадки dy проходящий через первую модулирующую щелевую диафрагму 3 на первый сегмент первого четырехсегментного фотоприемника 6, равен:

Ве(у) dg созМ$ п созМ фе а 2

» где F (y) — энергетическая яркость элементарной площадки dy в плоскости диафрагмы 1; угол между нормалью к излучающей площадке и направлением от излучающей к принимающей площадке

18„

dS — площадь центральной про пр екции с центром в точке

А, лежащей на элементарной площадке dy первого сегмента 31 первого фотоприемника 6 на плоскость щели первой модулирующей щелевой диафрагмы 3;

10 а -- расстояние от центра ще левой диафрагмы 1 до плоскости первой модулирующей щелевой диафрагмы 3.

При условии а > 10h» где h — высота щелевой диафрагмы 1, угол срмал, следовательно, соя с !» кроме того, для элементарной площадки dy диффузного рассеивателя 2

rpe „— коэффициент пропускания диффузного рассеивателя 2, тогда (с учетом того, что для этого

25 случая справедлива замена интегрирования по ЙЯ „ на суммирование)

S (v) ойдо S np dv

«1ф = --" — " — --- =KS -S(v)dy л а дР»

Площадь проекции S„ зависит от Лрположения площадки Йу в плоскости щелевой диафрагмы 1 на диффузном

35 рассеивателе 2 и от конфигурации границ первого 31 и четвертого 34. сегментов первого четырехсегментного фотоприемника 6, Если dv находится в центре щеле40 вой диафраг ы 1» т.е. У=0» то Яа оказываются равными, как для первого

31, так и для четвертого 34 сегментов первого четырехсегментного фотоприемника 6:

45 где d — ширина первой модулирующей

50 щелевой диафрагмы 3.

Если dy находится в произвольной точке щелевой диафрагмы 1, то для первого сегмента 31 первого четырехсегментного фотоприемника 6 площадь проекции S определяется высотой

d — +V где V - расстояние от оси диф» фузного рассеивателя до произвольной точки В на первой модулирующей ще1481603 левой диафрагме 3 (фиг. 2), причем из подобия треугольников АОЕ и BPF.

d4 1 дфе =K(32) (1+ - у) $(УИУ, ч а+1 1 2 2 В т.е, — +V= -(1+ — у) 21 1 где В=

1 — расстояние между центром первой 3, второй 4 или третьей

5 модулирующей щелевой диафрагмы и центром первого 6, второго 7 или третьего 8 че° тырехсегментного фотоприемника соответственно,.

Таким образом, для первого сегмента 31 первого четырехсегментного фотоприемника 6

-(-) (1+ — У)

d 2 1

rip 2 В

Аналогично для четвертого сегмента 34 первого четырехсегментного фотоприемника

2 В

S„=() (1 У)

d 2 1 2

Следовательно, поток излучения, падающий от элементарной площадки

dy на первый сегмент 31 первого че- f+тырехсегментного фотоприемника 6:

d2 1, 1Ф,=К(г) (1 в а на четвертом сегменте 34 первого четырехсегментного фотоприемника 6 и Ф =K(-) (1- — у) S (y) dy. d2 1

2 В

Аналогично для первого сегмента

35 второго четырехсегментного фотоприемника 7 площадь проекции опредеd ля е т ся вы со той — +V и

d(2+V d!/2 (Н - el е (зд г зд (!+ )4 о

Тогда поток излучения, падающий от элементарной площадки dy на первый сегмент 35 второго четырехсегментного фотоприемника 7: а для второго сегмента 36 второго четырехсегментного фотоприемника 7

50 площадь проекции

d d!

v (! у)

& 4

8„=2 1 y dy=2 1 у dy= — (1- — У)

Й 1 4 о 0

55 а на второй сегмент 36 второго четырехсегментного фотоприемника 7

d4 =К(— ) (1- - у) S(y)dy.

d 1 зг в

Аналогично для первого сегмента

37 третьего четырехсегментного фотоприемника 8 площадь проекции S„< ond d 1 ределяется высотой - +V= -(l+ - у) и

2 2 В

d 1 с

S =2 „dy= — — (1+ — у)

"Р ", 192 В а для второго сегмента 38 третьего четырехсегмеитного фотоприемника 8 площадь проекции г(4 1„1

S =2 у dy= — — (1- — у)

5 аР 192 В

Тогда поток излучения падающий от элементарной площадки Йу на первый сегмент 37 третьего четырехсегментного фотоприемника 8: аф =К()(1+ — y) S(y)dy, d 1 6

192 В а на второй сегмент 38 третьего че.тырехсегментного фотоприемника 8

d I e

df! =K() (1- — y) S (y) dy

192 В

Электрические сигналы U на выходе сегментов первого 6, второго 7 и третьего 8 четырехсегментных фотоприемников равны соответственно." на выходе первого сегмента 31 первого четырехсегментного фотоприемника 6

U =yK(-) 1(+ — y) S(y)dy, d g 1 2

У на выходе четвертого сегмента 34 первого четырехсегментного фотоприемника 6

d 2 Г 1 2

U = К(— ) ) (1 — — у) S (y) dy, З4ф 2 В"

У на выходе первого сегмента 35 второго четырехсегментного фотоприемника 7

14

= К(--) ) (1+ — у) S(y)dy, 32 „В на выходе второго сегмента 36 второго четырехсегментного фотоприемни.ка 7

d+ Г 1 4

=y1K(— ) ) (1- — у) S (y)dy ф 32 В "

10

1481 603

Ро з <, ++pU s< y

1h 1h — -«d «1,05 а+1 а+1

20 на выходе первого сегмента 37 третьего четырехсегментного фотоприемника 8

Б =)K(†-) $ (1+ — у) S(y)dy

d 1 С 5

У на выходе второго сегмента 38 третьего четырехсегментного фотоприемника 8

10 г 1 азеф- к(192) (l —  у) S(y)dy

Ч где 1 — чувствительность сегментов фотоприемника, 1h

Условие d=l — — является исхода+1 ным для расчета описанной части оптического устройства. Однако для на точность определения параметров лазерного излучения отрицательное влияние оказывает нелинейность че- 25 тырехсегментных фотоприемников при малых уровнях сигналов, Зксперименты показывают, что лишь для

1h а+Ь. значений д=(1 05-1,2) --- обеспечи30 вается работа четырехсегментных фотоприемников в линейном режиме. При

1h

d > 1, 2 — — вновь уменьшается точность а+1 определения параметров лазерного излучения из-за ухудшения соотношения .сигналов на сегментах четырехсегментиых фотоприемников, Кроме того, условие а ><10h выбрано также для повышения точности, так как при à (IOh 40 в устройстве сказывается отрицательное влияние угла на выбранную геометрию устройства, Сигналы с выходов первого 31, 45 второго 32, третьего 33 и четвертого

34 сегментов фотоприемника поступают на входы первого 10 и второго 11 сумматоров, так как при ширине Й первой модулирующей щелевой диафрагмы 3, выбранной из условия d-=(1,051h — 1,2) и а> 10h излучение раса+1

Ф сеяное из любой точки в плоскости щелевой диафрагмы 1, создает через первую модулирующую щелевую диафрагму 3 полосу равной освещенности и одинаковой ширины, На выходе первого сумматора 10 сигнал

„- ) S(y)dy

Сигнал U<»» ïðåäñòëâëÿåò собой нулевой момент ш исследуемого рас- . пределения, т.е. величину энергии излучения, поступает в блок 30 обработки информации.

Сигналы с выходов первого 31 и четвертого 34 сегментов первого четырехсегментного фотоприеиника 6 поступают на входы сумматора 1l и первого блока 12 вычитания. На выходе второго сумматора 11 формируется сигнал где р — коэффициент передачи по каждому входу выбирается равгым

Такии образом

Kgd

1(1+ -- y )S(y)dy=m +

Ч

° —,1< s(v)dv.

В"

У

Сигнал 1!< поступает на второй 11 Ьь!т вход второго блока 1 3 вычитания, на первый вход которого по с тупает сигнал U< «Ä=m,, поэтому

<

Зтот сигнал поступает на второй вход первого блока 14 деления, на первый вход которого поступает сигнал U< „,. По второму входу коэффициент передачи установлен равным

P., поэтому на выходе второго блока

14 деления ,1 у S(y)dy э

U =m

<4 ЬНМ 2

) S(y)dy ю

Сигнал U,,представляющий со<< их< бой второй момент исследуемого распределения плотности энергии излучения S(y), поступает с выхода второго блока 14 деления на вход блока

30 обработки информации, На выходе гервого .блока 12 вычитания формируется

U =PU р11 = y,S (y) dy

12ьык З<ф З ф B

Сигнал с выхода первого блока 12 вычитания .поступает на второй вход второго блока 15 деления, на первый вход которого поступает сигнал 1 „ „„

1481603

Ilo второму входу второго блока 15 деления установлен. коэффициент переВ дачи —, поэтому на выходе получают

1 у уБ(у) 1у

5 аВ В44х ) 8()d ШВ °

У

Сигнал Б, представляющий со6Ьп у бой первый момент исследуемого распределения плотности энергии S(y), поступает с выхода второго блока 15 деления на вход блока 30 обработки информации. .Сигналы от первого 35 и второго

36 сегментов второго четырехсегментного фотоприемника 7 поступают на входы третьего сумматора 17 и четвертого блока 19 вычитания.

П644» р1 3% 1 4 %Фу

Ф

25 где коэффициент передачи по каждому входу . выб ира е тся равным

16

Р

K

$ S(y)dy представляющий собой третий момент исследуемого распределения плотности энергии излучения S(y). Этот сигнал

1 поступает с выхода четвертого

22 В44Я

45 блока 22 деления на вход блока 30 обработки информации.

3 у S(y)dy

) S(y)dy

На выходе третьего сумматора 17 формируется

11„„3 S(y)(1+6 —, y +у dy=

-и„+6U„ + f y S(y) dy .

Этот сигнал постугает на третий вход третьего блока 18 вычитания, на первый вход которого поступает сигнал с выхода первого сумматора 10, а на второй вход поступает сигнал с выхода блока 13 вычитания, Коэффициент передачи по второму входу равен шести.

На выходе третьего блока 18 вычитания формируется сигнал

М

Этот сигнал поступает на второй вход третьего блока 21 деления, на первый вход которого поступает сигнал U, на выходе третьего блока

<е В4 »

21 деления получают сигнал п1уедставляющий собой четвертый момент исследуемого распределения плотности энергии излучения $(у), который поступает с выхода третьего блока 21 деления на вход блока 30 обработки информации.

На выходе четвертого блока 19 вычитания формируется сигнал и, „р,с -р,0 =41(В(у)(- y+

М

+ —, у ))ау- — p уа<у)ау+ —, (у а<у>ау4

2 У

=2U + — 1 у S (у) dy.

4 Г

133 1

М

Сигнал U,> „„ поступает на второй вход пятого блока 20 вычитания, на первый вход которого поступает сигнал с выхода первого блока 12 вычитания, 4 коэффициент передачи по первому входу равен двум. На выходе пятого блока 20 вычитания формируется сигнал э

U««â,=UÂ6ì.-2",22,.= Я;1 у S(y)dy

2 который поступает на второй вход четвертого блока 22 деления, на первый вход которого поступает сигнал от выхода первого сумматора 10. Коэффициент передачи по первому вхо4 ду равен -- . Ha выходе четвертого

8 блока 22 деления формируется сигнал

Сигнал с выходов первого 37 и второго 38 сегментов третьего четырехсегментного фотоприемника 8 поступает на входы четвертого сумматора

24 и седьмого блока 26 вычитания.

На выходе четвертого сумматора

24 формируется сигнал

Ц2. =иэг, рэ иввФ р2 где коэффициент передачи по каждому входу выбирается

14

13

1481ЬОЗ об

Р

2= К 1

Таким образом

2+ б«Х 1Î Ь«Х 1Э 6«Х+ Bi 19 Э«х+

° «8o I y S(y) dy.

1 y

Этот сигнал поступает на четвертый вход шестого блока 25 вычитания, на первый вход которого поступает сигнал с выхода первого сумматора 10, на второй вход — сигнал с выхода вто15 рого блока 13 вычитания, а на третий вход — сигнал с выхода третьего блока 18 вычитания. Коэффициент передачи по второму входу равен 15, а по

15 третьему входу-- 20

На выходе шестого блока 25 вычитания формируется сигнал

15 ц мз«х 249o(1o odd< гэв«х 84 Ц12 э«х

- —, 1 y s(y>dy.

Сигнал U2 „„поступает на второй вход пятого блока 28 деления, на первый вход которого поступает сигнал П . Коэффициент передачи по

1о Вих

1 первому входу равен—

На выходе пятого блока 28 деления получают сигнал

1y s(у)dy

U =3U +51, + 50

Яo«g р2 э7 1 1 эз,р 12 o«g 2o а«х

+ — y S (y) dy.

Э

Этот сигнал поступает на третий вход восьмого блока 27 вычитания, на первый вход которого поступает сигнал с выхода первого блока 12 вычитания, а на второй вход — сигнал с вы

С1

S S(y)dy

1 представляющий собой шестой момент исследуемого распределения плотности ,энергии излучения S(у). Этот сигнал

ЭФ1Д поступает с выхода пятого блока

2 деления на вход блока 30 обработки информации.

На выходе седьмого блока 2б вычитания формируется сигнал хода пятого блока 20 вычитания. Коэффициент передачи по первому входу равен трем, а по второму равен пяти.

На выходе восьмого блока 27 вычитания формируется сигнал

П2рэ (х Unc e«s 30 ц s«i U

- р 3y S(y)dy

Сигнал 02хэ, постУпает на втоРсй вход шестого блока 29 деления, на первый вход которого поступает сигнал И . Коэффициент передачи по

1О Вых первому входу равен-8J

На выходе блока 29 деления получают сигнал

J y S (y) dy

У ш 1

J S(y)dy у представляющий собой пятый момент исследуемого распределения плотности энергии излучения S(у). Этот сигнал

U2, поступает с выхода шестого

29 6«х блока 29 деления на вход блока 30 обработки информации.

Семь моментов ш» m -(г исследуемого распределения плотности энергии излучения 8(у) введены в блок

30 обработки информации, таким образом уже определены такие ПЭХЛИ как величина энергии (mo), координата энергетического центра (m,). Диаметр пучка Г (эффективный размер) определяется в блоке 30 обработки информации по формуле в, - г(„;,/

Поскольку распределения, близкие к равномерному, являются решением уравнения Пирсона

«- и - - -- Я (y)

dy Ь +Ь,у +Ъ у2 где аг и Ь вЂ” постоянные параметры, которые определяются с помощью моментов из решения системы уравнений:

R -R -b m -2Ь m +а m,=m, 1 2 1 0 2 1

h h — R + - R -Ь m -2Ь m -3Ь m +а m, m, /

1 2 2 0 0 1 1 2 2

1 В1 Пз!

Ьг Ь

+ь — ) s(-) 4 2

1тг h

++b2 — )s(- -) г

rpe R =(Ъ„+b<

h

R =(Ь -Ъ о тельных каналах:

d=(1 05-1 2)

1h а+1

h г (-) (R -R )-2Ь тп -ЗЬ m -4Ь m +а m =п

2 г о т г г з г-

1тл (2J (R,-Кг)-3Ь m<-4b„ms-5Ь т -а тп =тп; (2) (Rf +R )-4Ъ, m>-5bf m -6b< mz+a m, =m, (h/2) (R, +Кг ) -5Ьо m<-6Ь, ш т-7ьг m f;+

+а ш =тп то интегрирование уравнения Пирсона позволяет по назначениям а, Ь . и

h h

S(-) S(- -) восстановить $(у), Срав2 2. некие полученной функции распределения плотности энергии с равномерным распределением позволяет определить неравномерность исследуемого распределения.

Таким образом, устройство обеспечивает возможность определения таких 25

ПЭХЛИ; как относительное распределение плотности энергии излучения для распределений, близких к равномерному, и неравномерность полученного одномерного распределения S(у), 30

Для определения неравномерности двумерного распределения плотности энергии излучения S(x,ó) необходимо корпус 39 устройства поворачивать с помощью привода 40 вокруг оси, перпендикулярной плоскости щелевой диафрагмы 1 и проходящей через ее центр.

Для каждого заданного угла поворота производится описанное измерение параметров одномерного распределения 40 .(цикл измерения). Восстановление двумерной функции распределения производится в виде совокупности одномерных сечений, Неравномерность распределения плотности энергии в сечении пуч ка излучения определяется по максимальной неравномерности, полученной во всех циклах измерений.

Далее устанавливается прямая связь, 50 соответствие измеренных моментов распределения получаемой неравномерности. Сведение этих данных в таблицу позволяет оперативно, без использования ЭВМ в блоке 30 обработки информации, определять неравномерность распределения, ЭВМ в блоке 30 обработки информацтти нужна лишь в случае получения совокупности значений мс— ментов или на этапе метрологической аттестации.

При метрологической аттестации предлагаемого устройства никаких дополнительных специальных средств измерений не требуется, достаточно любого пучка излучения с известным распределением.

Использование щелевой диафрагмы

1, размещенной на диффузном рассеивателе 2, позволяет исключить погрешность измерений, имеющую место при измерении параметров двумерного распределения из-за невозможности установления одновременно нескольких модулирующих щелевых диафрагм — входов измерительных каналов так, чтобы их центры лежали на одной оптической оси, проходящей через центр диффузного рассеивателя. В предлагаемом устройстве в случае одномерного сече— ния вдоль оси У, образованного щелью щелевой диафрагмы, установленной на диффузном рассеивателе, можно установить как угодно много измерительных каналов, лищь бы центры модулирующих щелевых диафрагм — входов измерительных каналов, лежали в плоскости, перпендикулярной щелевой диафрагме, установленной на диффузном рассеивателе и проходящей через ее центр, на равном расстоянии от центра и при этом оси модулирующих щелевых диафрагм измерительных каналов составляли с осью щелевой диафрагмы, установленной на диффузном рас.сеивателе, пары скрещивающихся под углом 90 прямых.

Кроме того, за счет указанного

1соотношения в выборе ширины щели модулирующих диафрагм каналов d=

=(1,05-1,2)1h/à+1 обеспечивается повьппение точности устройства, так как в этом случае исключается возможность работы фотоприемников в нелинейном режиме, Таким образом, устройство позволяет.измерять больше ПЭХЛИ, при этом точность определения выше з» счет применения щелевой диафрагмы, установленной на диффузном рассеивателе, и выбора соотношения для ширины модулирующих щелевых диафтагм в измери 1481603

Исследования показывают, что погрешность при определении координат энергетического центра не более ЗЖ, при определении энергии 5Х и при определении неравномерности 87.. Кроме того, применение устройства, использующего измерение моментов при определении пространственно-энергетических характеристик распределений, близких к равномерному, позволяет существенно сократить число параметров, описывающих излучение, например, по сравнению с поточечным измерением, что может позволить использовать устройство при аттестации пространственно-чувствительных приемников в средствах измерений относительного распределения плотности энергии (мощности) в сечении пучка лазерного излучения.

20

Формул а из î б р е т ения

Устройство для определения про- 25 странственно-энергетических характеристик лазерного излучения, содержащее расположенное пс ходу оптического излучения диффузный рассеиватель, первую модулирующую щелевую диафраг- 30 му, первый четырехсегментный фотоприемник, причем первые модулирующая щелевая диафрагма и четырехсегментный фотоприемник образуют первый измерительный канал, содержащий, кроме того, первые сумматор, блок вычитания и блок деления, при этом выход первого измерительного канала подключен к первому входу блока обработки информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров и повьппение точности определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, оно дополнитель- 45 но содержит установленную на диффузном рассеивателе щелевую диафрагму и по крайней мере два измерительных канала, каждый из которых содержит модулирующую щелевую диафрагму, четырехсегментный фотоприемник, сумматор, три блока вычитания и два блока деления, выходы измерительных каналов подключены к соответствующим входам блока обработки информации, при этом оси первой, второй и третьей модулирующих щелевых диафрагм первого второго и третьего измерительных каналов соответственно составляют с осью щелевой диафрагмы, установленной на диффузном рассеивателе, о пару скрещивающихся под углом 90 прямых, при этом центры первой, второй и третьей модулирующих щелевых диафрагм лежат в плоскости, перпендикулярной щелевой диафрагме, установленной на диффузном рассеивателе и проходящей через ее центр на расстоянии радиуса а от центра щелевой диафрагмы, установленной на диффузном рассеивателе, причем ширина d первой второй и третьей модулирующих щелевых диафрагм определяется по формуле d=(1 05-) 2) — — а ъ 10h

1h

Э а+1 где 1 — расстояние между центром пер- вой, второй и третьей модулирующих диафрагм и центром приемной поверхности первого, второго и третьего четырехсегментных фотоприемников соответственно;

h — высота щелевой диафрагмы, установленной на диффузном рассеивателе; а форма границы раздела между сегментами первого, второго и третьего четырехсегментных фотоприемников определяется по формуле т

f n-! где n — номер измерительного канала в прямоугольной системе координат осей Х, У, центр которой лежит в центре приемной поверхности четырехсегментного фотоприемника, а ось Х совпадает с направлением модулирующей щелевой диафрагмы, при этом диффузный рассеиватель с. установленной на нем щелевой диафрагмой, первая, вторая и третья модулирующие щелевые диафрагмы и первый, второй и третий четырехсегментные фотоприемники жестко установлены в едином корпусе, KQTopblft снабжен приводом вращения корпуса вокруг оси, перпендикулярной плоскости диффузно-. го рассеивателя и проходящей через центр щелевой диафрагмы, установленной на нем, причем первый измеритеЛьный канал дополнительно содержит второй сумматор, второй блок вычитания, второй блок деления, при этом первый сегмент, расположенный вдоль положительного направления оси У, первого

1481 б03

19 четырехсегментного фотоприемника подключен к первым входам первого и второго сумматоров и первого блока вычитания, а второй и третий сегменты

5 первого четырехсегментного фотоприемника, расположенные вдоль оси Х, подключены к второму входу первого сумматора, четвертый, осеснмметричный первому, сегмент первого четырехсегментного фотоприемника подключен к вторым входам второго сумматора и первого блока вычитания и третьему входу первого сумматора, выход которого подключен к первым входам вто- 15 рого, третьего и шестого блоков вычитания и первым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков деления всех иэмерительных каналов и блока обра- 20 ботки информации, выход второго сумматора подключен к второму входу второго блока вычитания, выход которого подключен к вторым входам третьего и шестого блоков вычитания и первого 25 блока деления, выход которого соединен с вторым входом блока .обработки информации, выход первого блока вычитания подключен к первым входам пятого и восьмого блоков вычитания и к 30 второму входу второго блока деления, выход которого соединен с третьим входом блока обработки информации, при этом первый сегмент второго четырехсегментного фотоприемника, расположенный вдоль положительного направления оси У, подключен к первым входам третьего сумматора и четвертого блока вычитания, выход которого подключен к второму входу пятого блока вычитания, выход которого подключен к вторым входам восьмого блока вычитания и четвертого блока деления, выход которого соединен с пятым входом блока обработки информации, а второй, осесимметричный первому, сегмент второго четырехсегментного фотоприемника подключен к вторым входам четвертого блока вычитания третьего сумматора, выход которого подключен к третьему входу третьего блока вычитания, выход которого подключен к третьему входу шестого блока вычитания и второму входу третьего блока деления, выход которого соединен с четвертым входом блока обработки информации, при этом первый сегмент третьего четырехсегментного фотоприемника, расположенный вдоль положительного направления оси У, подключен к первым входам четвертого сумматора и седьмого блока вычитания, выход которого подключен к третьему входу восьмого блока вычитания, выход которого подключен к второму входу шестого блока деления, выход которо-. го соединен с седьмым входом блока обработки информации, а второй, осесимметричный первому, сегмент третьего четырехсегментного фотоприемника подключен к вторым входам седьмого блока вычитания и четвертого сумматора, выход которого подключен к четвертому входу шестого блока вычитания, выход которого подключен к второму входу пятого блока Деления, выход которого соединен с шестым входом блока обработки информации.

14Н1603

xl

Составитель С.Соколова

Редактор Н,Бобкова Техред Л. Сердюкова Корректор М.Васильева

Заказ 2677/42 Тираж 467 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101