Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения
Изобретение относится к области технической физики, а именно к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, и может быть использовано при измерении энергии (мощности), положения и размеров световых пучков. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение области применения устройств за счет возможности измерения характеристик как однородных световых пучков, так и неоднородных и осенесимметричных. Устройство содержит три измерительных канала 4,9,6, в каждом из которых установлены диффузные рассеиватели 1,15,13, диафрагмы 2,7,14 и секторные фотоприемники 3,8,5 соответственно. Блок 10 обработки в течение одного измерения производит обработку сигналов измерительных каналов, в результате которой вычисляется энергия светового пучка, положение энергетического центра, размеры и ориентация как осесимметричного так и осенесимметричного пучка. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (i9iSU(IiI
395
{51)5 G 01 Л 1/44
tii ь l
ПЮ Бi 1БЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТЕЕННЫй КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР 1 (21) 4455909/24-25 (22) Об. 07. 88 (46) 30. 01. 90. Вюл. № 4 (72) В.А. Шангин (53) 621.383(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1179757, кл. G 01 J 5/58. Авторское свидетельство СССР по заявке № 4191123/24-25, кл. G 01 J 5/20, 1987. 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к технической физике, а именно к устройст— вам для определения пространственноэнергетических характеристик лазерного излучения, и может быть использовано при измерении энергии (мощности), I 1539541 В 05 9 ц. . ф 1h положения н размеров световых пучков. Цель изобретения — повьппение точности измерений и расширение области применения устройств эа счет возможности измерения характеристик как однородных световых пучков, так и неоднородных и осенесимметричных. Устройство содержит три измерительных канала 4, 9, б, в каждом из которых установлены диффузные рассеиватели Изобретение относится к техничесКой физике и может быть исгользовано гни измерении энергии (мощности), по-. ложения и размеров лазерньас пучков. Цель изобретения — повьппение точности измерений и одновременное расШирение области применения устройства. за счет обеспечения его использоваНия как для пучков лазерного излучеггля с равномерным распределением 25 Плотности энергии по сечению пучка, так и с неравномерньж и осенесимметричным, На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства. 30 Устройство содержит установленные последовательно на одной оси первый диффузный рассеиватель 1, горизонтальную щелевую диафрагму 2, первый Метырехсегментный фотоприемник 3. Диффузный рассеиватель 1 выполнен виде плоской квадратной пластины шириной и высотой h. Прямолинейные 1 взаимно перпендикулярные границы раз-. дела сегментов фотоприемника 3 повер- 40 нуты на угол 45 к горизонтали. Закороченные выводы верхнего и нижнего . сегментов фотоприемника 3, служат выходом первого измерительного канала 4. Второй четырехсегментный фотоприем-45 ник 5 второго измерительного канала 6 имеет прямолинейные взаимно перпендикулярные границы раздела сегментов. установленный за вертикальной щелевой диафрагмой 7 третий четырехсегментный фотоприемник 8 третьего измерительного канала 9 имеет также прямолинейные взаимно перпендикулярные границы раздела фотоприемников. Сегменты всех фотоприемников подключены к блоку 10 обработки сигналов фотоприемников. Излучение проходит в измерительный ка,нал 4 через первый 11 и второй 12 ,светоделительные элементы. Первый 1,15,13, диафрагмы 2,7,14 и секторные фотоприемники 3,8,5 соответственно. Блок 10 обработки в течение одного измерения производит обработку сигналов измерительных каналов, в результате которой вычисляется энергия светового пучка, положение энергетического центра, размеры и. ориентация как осеснмметричного, так и осенесимметричного пучка. 1 ил. светоделительный элемент 11 ответвляет часть излучения на измерительный канал 6, а второй светоделительнь:й элемент 12 — на измерительный канал 9. Второй измерительный канал 6 содержит, кроме фотоприемника 5, дополнительный диффузный рассеиватель 13 и квадратную диафрагму 14. Горизонтальные и вертикальные стороны квадратного рассеивателя 13, стороны диафрагмы 14 и границы раздела сегментов фотоприемника 5 ориентированы параллельно соответственно горизонтальной оси ОХ и вертикальной оси 07. Выход каждого сегмента фотоприемника 5 является выходом второго измерительного канала 6. Третий измерительный канал 9 содержит, кроме вертикальной диафрагмы 7 и фотоприемника 8, второй диффузный рассеиватель 15, который не отличается от рассеивателей 1 и 13. Фотоприемник 8 установлен так же, как фотоприемник 3. Соединенные выводы правого и левого сегментов фотоприемника 8 служат выходом третьего измерительного канала 9. Ширина вертикаль4. ной щелевой диафрагмы и квадратной диафрагмы равна ширине горизонтальной щелевой диафрагмы. Диафрагмы 2, 14 и 7 в каждом из измерительных каналов 4,6 и 9 установлены на расстоянии а от соответствующего диффузного рассеивателя 1, 13, 15 и на расстоянии 1 от соответствующего фотоприемника 3, 5 и 8, причем ширина d диафрагмы в каждом измерительном канале и высота h диффузного рассеивателя связаны соотношением -. Плоскость координат XOY лежит a плоскости каждого диффузного рассеивателя 1, 13.и 15, обращенной к соответ5 15 Ствующему фотоприемнику 3,5 . 8. Выхо ды измерительных каналов 4, 6 и 9 подключены к блоку 10 обработки сигналов фотоприемников. Блок 10 содержит десять блоков вычитания, десять сумматоров„ шесть блоков деления, десять блоков умножения, задатчик напряжения, масштабный преобразователь и регистратор. Выход первого измерительного канала 4 подключен к первому входу блока 16 вычитания, вы ход которого подключен к первому входу блока 17 деления..Сегмент I фотоприемника 5 второго канала подключен к первым входам сумматоров 18-21. Сегмент II подключен к первым входам двух дополнительных сумматоров 22, 23 и вторым входам сумматоров 18 и 19 Сегмент III подключен к первому входу третьего дополнительного сумматора 24, вторым входам сумматоров 21, 22 и третьему входу сумматора 18. Сегмент IV подключен к вторым входам сумматоров 20, 23, 24 и четвертому, входу сумматора 18. Выходы суммато-! ,ров 19, 24 подключены к входам блока 25 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 26 деления. Выходы сумматоров 20, 22 подключены к входам бока 27 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 28 деления. Выходы сумматоров 21, 23 подключены к входам блока 29 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 30 деления. Выход .третьего измерительного канала подключен к первому входу блока 31 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 32 деления. Выход сумматора 18 подключен к вторым входам блоков 16, 31 вычитания, блоков 17, 26, 28, 30 и 32 деления. Выход сумматора 18 несет информацию об энергии пучка излучения. Задатчик 33. напряжения подключен к первым входам блоков 34, 35 вычитания, вторые входы которых подключены соответственно к выходам блоков 17, 32 деления. Выход блока 26 деления несет информацию об абсциссе энергетического центра. Выход блока 26 деления подключен к первому входу дополнительного блока 36 умножения и входу второго дополнительного блока 37 умножения, выход которого подключен к третьему входу блока 35 вычитания. Выход блока 28 деления несет информацию об ординате энергетического 39541 6 центра. Этот выход подключен к вто-- рому входу блока 36 умножения г входу третьего дополнительного блока 38 умножения, выход которого подключен к 5 третьему входу блока 34 вычитания, Выход блока 34 вычитания подключен .к первым входам блока 39 вычитания и четвертого, r,:ятогo дополнительных блоков 40, 41 умножения. Выход блока 35 вычитания подключен к вторым входам блока 39 вычитания и к первым входам шестого и седьмого дополнительных блоков 42, 43 умножения. Выход блока 39 вычитания подключен к первому входу блока 44 деления. Выход блока 36 умножения подключен к первому входу дополнительного бгока 45 вычитания. Выход блока 30 деления несет 20 информацию о втором смешанном моменте распределения и подключен к второму входу блока 45 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 44 деления и первому входу 25 восьмого дополнительного блока 46 умножения. Выход блока 44 деления несет информацию о тангенсе удвоенного угла ol наклона главной оси сечения пучка к оси абсцисс. Выход 3р блока 44 деления подключен к входу дополнительного масштабного преобразователя 47, который преобразует тангенс угла 2 М таким образом, что на первом выходе блока 47 появляется 35 величина sin2 (X, на втором выходе— sin 0C и на третьем — cos X ° Первый выход блока 47 подключен к второму входу блока 46 умножения, второи вы ход блока 47 подключен к вторым вхо40 дам блоков 43, 40 умножения, третий выход блока 47 подключен к вторым входам блоков 42, 41 умножения. Выходы блоков 40, 42 умножения подключены к входам четвертого дополнитель45 ного сумматора 48, выход которого подключен к первому входу пятого дополнительного сумматора 49.Выходы бло.ков 41, 43 умножения подключены к входам шестого дополнительного суммато50 ра 50, выход которого подключен к первому входу второго дополнительного блока 51 вычитания. Выход блока 46 умножения подключен к вторым входам сумматора 49 и блока 5 1 вычитания. Выход сумматора 49 подключен к входу девятого дополнительного блока 52 умножения, выход которого содержит информацию о первом главном поперечном размере сечения пучка излучения, 1539541 50 м Выход блока 51 вычитания подключен к входу десятого дополнительного блока 53 умножения, выход которого содержит информацию о втором главном поперечном размере сечения пучка. Выходы первого сумматора 18, второго блока 26 деления, третьего блока 28 деления, шестого блока 44 деления, депятого блока 52 умножения и десятого блока 53 умножения подключены <"„оответственно к первому, второму и третьему, четвертому, пятому и шестому входам регистратора 54. Позицией 55 обозначен; на чертеже исследуемый источник лазерного излучения. Используемый в устройстве масштабныи преобразователь 47 выполнен иэ трех блоков умножения, двух сумматоров, блока вычитания и блока деления. На вход блока 47 поступает сигнал (равный tg2 М ) и подается на вход блока 56 умножения и первый вход блока 57 умножения. Выход блока 56 умножения (сигнал на котором равен tg 2Cы ) подключен к входу сумматора 58 (где к сигналу добавляется единица). Выход сумматора 58 подключен :к входу блока 59 умножения на выходе которого сигнал равен 1 + tp 2М). Выход блока 59 умножения подключен к входу блока 60 деления (сигнал на .выходе которого становится равным : П60 1 — соз20(}. Выход 1 блока 60 деления подключен к второму входу блока 57 умножения и входам блока 62 вычитания и сумматора 61. Выход блока 57 умножения, (в котором перемножаются сигналы tg2< и cos2h) служит первым выходом масштабного преобразователя 47. Выход блока 62 вычитания (в котором от 0,5 вычитается сигнал соз2Ж, переданный по входу с коэффициентом передачи 0,5} является вторым выходом масштабного .преобразователя 47. Выход сумматора 61 (в котором сигнал соз2, переданный по входу с коэффициентом 0,5, суммируется со значением 0,5) служит третьим выходом масштабного преобразователя 47. Таким образом, на перво втором и третьем, выходах преобразова теля 47, на вход которого поступает сигнал, равный 20(, формируются сигналы, соответственно равные sin2 o(, sin М, соз М. Устройство работает следующим образом. Пучок излучения поступает через 5 светоделительные элементы 11 и 12 на диффузные рассеиватели 1, 13 и 15 трех измерительных каналов 4, 6 и 9, в каждом из которых излучение рассе» ивается диффузным рассеивателем и через диафрагму попадает на приемную поверхность фотоприемника. Известно,,что пространственноэнергетические характеристики лазерного излучения, к которым относятся, например., величина энергии, координаты энергетического центра, размеры пучка излучения, могут быть определены с помощью начальных моментов распределения тоо, m 25 на искажения проходящего сквозь нее пучка излучения. Первые из трех моментов характеризуют энергию, абсциссу и ординату энергетического центра. Последние три момента позволяют определить размеры пучка излучения, даже если сечение пучка осенесимметрично и представляет собой, например, эллипс (или близкую к эллипсу линию уровня), повернутый относительно осей 35 координат. Предлагаемое устройство и позволяет определить параметры сечения пучка излучения, представить его линии уровня уравнением в виде канонического уравнения эллипса с 4п указанием угла поворота и положения начала выбранной для этого новой пря1 моугольной системы координат < 0 $ с началом в энергетическом центре пучка. Значения указанных моментов получают определением с помощью измерительных каналов 4, 6 и 9 интегральных характеристик и последующего их преобразования в блоке обработки сигналов фотоприемников. Формирование указанных интегральных характеристик в каждом иэ трех измерительных каналов осуществляется с помощью ди«<фуэного рассеивателя, диафрагм и четырехсегментного фотоприемника. Сигнал Ug с верхнего сегмента фотоприемника 3 определяется выражением Vx = a(} д(1 + — у) F(x,у)дд, г„,1539541 10 а сигнал с левого сегмента фотоприем- ника Я описывается выражением (о где А= — э И <) коэффициент пропускания диффузных рассеивателей 1, 13 и 15; 10 чувствительность фотоприемников 3, 5 и 8; d (а+1) 21 S — площадь сечения пучка излучения, сформировавшегося на внутренней стороне диффузного рассеивателя; F(x,у)- распределение энергии излучения в сечении на стороне диффузного рассеивателя, обра (енной к фотоприемнику 3. Сигнал Uz с нижнего сегмента фотоприемника 3 определяется выражением 11н = А(-} I(1 — — у) F(x,y)dS. (1 1 п Таким образом, на выходе первого измерительного канала сигнал U< равен 30 сумме Up + Ун и определяется выражением d 1 Uy = 2А(— ) J(1 + —.у2)F(x,y)dS; .уп Сигнал U() с сегмента Е фотоприемника 5 описывается выражением d 1 1 ПН = А}-} I(1 + — x)(l + —.y)F(x,y)dS; Sn Сигнал UF с сегмента II фотоприемни40 ка 5 описывается выражением d 2ã 1 1 Vs = А(-} )(! — — х) (1 — — y)F(x,y)dS; S() Сигнал U4 с сегмента III фотоприемни45 ка 5 описывается выражением )дЛг 1 . 1 U4 = A(-) ) (1 — — х) (1 — — у)F(x y)dS В у у Sn Сигнал U ñ сегмента IV фотоприемника описывается выражением d_#_г 1 1 U = А -) } (1 - — х) (1 + — y)F(x y)dS ° 2 )} В В Сигнал с правого сегмента фотоприемника 8 описывается выражением Е}я = А(2} j(1 + — х) Р(х,у)с18, d )1 à 1 }}, = A(-) "(1 — —,х) F(x y)dS .d,g 1 П Таким образом, на выходе третьего измерительного кокала 9 сигнал Бь равен сумме U(-(+ Бг, и определяется выражением U, = 2А -) )(1 + —., )F(x,уИ8, (11г 1 уП Сигналы со всех четырех сегментов I,Ii,III,IV фотоприемника 5 поступают на входы сумматора 18, а на выходе сумматора сигнал с точностью до коэфс фнциента С = А(-) равен энергии пучка 2 излучения, т.е. () д= 4С } F(x,y)dS =- 4СП)(, = 4С1". 5((Этот сигнал, несущий информацию о нулевом моменте распределения, т.е. величине энергии излучения, поступа= ет на первый вход регистратора 54. На входы сумматора 19 поступают сигналы UF) и Uy, т.е. íà его выходе формируется сигнал 1}„ = 2С (1 + — x)F(x, y)dS. В На входы сумматора 24 поступают сигналы U4 и U>, т.е. на его выходе формируется сигнал Ug4= 2С $ (1 — — x)F(x, y)dS, 1 5п причем сигналы У(9 и И у,,(поступают на блок 25 вычитания, на выходе которого формируется сигнал U 05 = — J хР(ху y)dS 4С 5п Этот сигнал Удпоступает íà первый вход блока 26 деления, коэффициент передачи по которому устанавливается В. На второй вход блока 26 деления подается сигнал U f|, т.е, на выходе сигнал равен первому моменту m „о(абсциссе энергетического центра пучка лазерного излучения Uas— — m1o Хэ, 3 (х y)dS п который поступает на второй вход регистратора 54. 1539541 "«7 = mph, 1F(xl y)dS Р(х, у)««Б ш о. На входы сумматора 20 поступают сигналы U q u U g, т. е. на его выходе формируется сигнал U gp 2С ((1 + — у)Г(х, y)dS. 1 5 Ьп На входы сумматора 22 поступают сигналы U3 и U4, т.е. на его выходе формируется сигнал 10 U zq = 2С 1 (1 — — у)F(x, у)«18 ° 1 ° в Сигналы U«2p и Uqg поступают в блок 27 вычитания, на выхоце которого формируется сигнал U 7 = — ) yF(xy y)ds4С 6п Этот сигнал поступает на первый 20 вхоц блока 28 деления, коэфФициент Передачи по которому сам установлен равным В. На второй вход блока 28 деления подается сигнал 0 «2, т.е. на выходе сигнал равен первому моменту m (орО« динате энергетического центра) U 22 @щ = Yf«« ° f F(x, y)dS Ьп Этот сигнал поступает на третий вход регистратора 54. На входы сумматора 21 поступают сигналы U< и U4, т.е. на его выходе 35 формируется сигнал Ug« = 2С 1 (1 + — xy)F(x, y)dS Ьа В2 На входы сумматора 23 поступают 40 сигналы U и U, т.е. на его выходе формируется сигнал 13 23 = 2C $ (1 — 2xy)F.(xý,y)dS SA В2 Сигнал У, и Пи поступают на блок 29 вычитания, на выходе которого Аор-. мируется сигнал Uqg = —, (xyF(x, y)dS, 4С % В2 который поступает на первый вход блока 30 деления, коэффициент передачи по которому установлен равным В2. На второй вход блока 30 деления подается сигнал Uqg т.е. на выходе блока 30 деления сигнал равен смешанному моменту 11 ьо = m««. 3 F(x, y)dS «« На первый вход блока 16 вычитания подается сигнал U«, на второй вход, коэффициент передачи IIo которому установлен 0,5 подается сигнал U«g . На выходе блока 16 вычитания получают 2С В2 у (у) 1 Ъп Этот сигнал подается на первый вход блока 17 деления, на второй вход блока 17 подается сигнал U «g . По первому входу коэффициент передачи установлен В, по второму — 0,5. На выходе блока 17 деления сигнал равен «« т.е. сигнал на выходе блока 17 деления представляет собой второй момент m z2 распределения, сформировавшегося на стороне диффузного рассеивателя 1, обращенной к фотоприемнику 3. На первый вход. блока 31 вычитания подается сигнал Ug, на второй вход, коэффициент передачи по которому установлен 0,5, подается сигнал U y . На выходе блока 31 вычитания получаем сигнал, U 3« — —, j х2Г(х, y)dS, 2С S который подается на первый вход блока 32 деления, на второй вход блока подается сигнал U«s . По первому входу коэффициент передачи установлен В2, по второму — 0,5, т.е. на выходе блока 32 деления сигнал равен второму начальному моменту m qy распределения, сформированного на стороне диффузного рассеивателя 15, обращенной к фотоприемнику 8, Введение в устройство задатчика 33 напряжения позволяет иметь предварительную информацию о характеристиках диффузных рассеивателей 1 и 15, определенных экспериментально перед 14 13 1539541 установкой рассеивателей в устройство. Характеристика каждого рассеивателя имеет вид 2 1 бр- к — G(z, t) z2dzdt = — ) )G(z, <) t2 dzdt 1 где G(z, t) — осесимметричная функция, описывающая прохождение пучка излучения через рассеивающую среду Измеренные характерчстики (.. ) ° л., > и mac= S((Ьп m coхарактеризуют распределение излучения на стороне каждого диффузного рассеивателя 1 и 15, обращенной соответственно к фотоприемникам 3 и 8. 25 Измеренные характеристики отличаются от исследуемых, т.е. от характеристик падающего на диффузный рассеиватель излучения источника 55. Исследуемое распределение F (х, у ) связано с 30 распределением, измеряемым F (x, y) соотношением: + оо F (х, у ) = J (F(x, у) G(x -õ, у -у) dxdy, (35 используя которое можно показать, что вторые начальные моменты распределения F (х, у ) связаны с измеренными с помощью соотношений.: ш р = шр- 40 mod% ™ - Б 3Я Если не учитывать влияния 5 на измерение размеров пучка, погрешность определения возрастает (и может достигать 50 и даже 1ООЕ в случаях малых размеров пучка). Введение поправки к определению второго начального момен( та распределения m обеспечивается в устройстве тем, что сигнал с выхода блока 17 деления поступает на первый вход блока 34 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал с эадатчика 33 напряженЮ, Сигнал с выхода блока 28 деления 11р((= шв(= Уэ((, подается на вход блока 38 умножения, где возводится в квадрат, с выхода которого подается на третий вход блока 34 вычитания. Этим обеспечивается определение второго центрального момента распределения На выходе блока 34 вычитания сигнал равен 2, а U >4 m0ñ э (2ч 14и (y) Сигнал с выхода блока 32 деления поступает на первый вход блока 35 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 33 напряжения ° Этим обеспечивается введение поправки к определению второго ( начального момента m Сигнал с выхода блока 2б деления подается на вход блока 37 умножения, где возводится в квадрат и подается на третий вход блока 35 вычитания. Этим обеспечивается центрирование начального момента m ð. На выходе блока 35 вычитания сигнал равен второму центральному моменту ((((qр) (Я Н > = " р, Хэ, =Pap= (>) Сигналы 0 4 и Ugy поступают на входы блока 28 вычитания, на выходе которого сигнал равен U q =6» 6 ° (Р (ф Этот сигнал поступает на первый вход блока 44 деления. Сигналы юрьи Ур(( подаются на входы блока Зб умножения, на выходе которого сигнал равен Uge= = Х „,Ур(. Этот сигнал поступает на первый вход блока 45 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал Uw . На выходе блока 45 вычитания сигнал равен Н45 1 чу шанц Хэ(эс ( который подается на второй вход блока 44 деления. По этому входу коэффициент передачи установлен равным 2. На выходе блока 44 деления сигнал равен 2 (mх Xð Y ) 1 44 —, (= 182М. х у Этот сигнал равен тангенсу удвоенного угла М, определяющего ориентацию осей симметрии эллипса относительно осей координат ХОУ. Сигнал U 1539541 16 вателя 47, равный sin2 М. На выходе блока 4б умножения сигнал равен Бдб= К„у Яхп2Ж. На входы .блока 43 умножения по5 ступают сигнал Uqg и сигнал с второго выхода масштабного преобразователя 47, равный sin M а сигнал на выходе блока 43 умножения равен 0 = 5 цs1n оС ) На входы блока 40 умножения пода ются сигнал Uqq и сигнал с BTopoI О 15 блока 47, а на выходе этого блока Сигнал равен U go = csin г На входы блока 42 умножения подаются сигнал U> -и сигнал с третьего выхода масштабного преобразователя 47, равный созгd а на выходе этого блока сигнал равен U < < — — В cos Ы,. — 2 На выходы блока 41 умножения подаются сигнал Бэ4и сигнал с третьего выхода блока 47, а сигнал на выходе этого блока ранен ЗО U<< = G>icosÌ. СигнаГ!ы U д и Uqp подаются на вхо ды сумматора 48, на выходе которого сигнал равен 35 U qg = 5 cos2 + 6< sin g. Этот сигнал поступает на первый вход сумматора 49, на второй вход которого поступает сигнал Upg. На выхо- 4п де сумматора 49 сигнал равен «л ! 2 е Н =G cos2М + I<«siп2Ы+ Я згп24 =6 . Этот счгнал подается на вход бло- 45 ка 52 умножения, на выходе которого сигнал равен Ugg 4 Сигнал с выхода блока 52 поступает на пятый вход регистратора 54. Этот сигнал определяет величину 6g, т,е. главный. размер rio первой из осей симметрии эллипса. Сигналы U4 и Uqg подаются на входы сумматора 50, на вы 55 ходе которого сигнал равен ц Я sin2Я + (р cos2Q(, Этот сигнал поступает на первый вход блока 51 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал U4@ . На выходе блока 51 вычитания сигнал равен U = б„ здпг — К „ sin2R + + (сов g = g . Ч Этот сигнал подается на вход бло-, ка 53 умножения, на выходе которого I формируется сигнал Ug = 6 . Это размер эллипса по второй оси симметрии. Сигнал U подается на последний шестой вход регистратора 54, который регистрирует все соответствующие параметры лазерного излучения. Совокупность шести измеренных I характеристик содержит достаточную для практических целей информацию о пучке лазерного излучения: энергию пучка, положение энергетического центра, размеры и ориентацию как осесимметричного, так и осенесимметричного .(например, вытянутого в одном из направлений) сечения пучка излучения. Использование эадатчика напряжений для введения поправок на величину 9 при определении вторых начальных моментов позволяет исключить погрешность измерений, вызванную влиянием среды диффузного рассеивателя на анализируемое распределение плотности энергии излучения. Контроль характеристик сечения пучка излучения в двухмерном пространстве позволяет определить энергию, положение энергетического центра, размеры и ориентацию сечения пучка за одно измерение. Это позволяет исполь,зовать устройство для определения характеристик импульсного излучения в течение одного импульса. При этом исключается погрешность измерений, связанная с изменением распределения плотности энергии пучка излучения от импульса к импульсу. Формула изобретения Устройство для определения прост ранственноо-энергетических характеристик лазерного излучения, содержащее установленные последовательно на одной оси первый диффузный рассеиватель, горизонтальную щелевую диафрагму и первый четврехсегментный фотоприемник, имеющий прямолинейные взаимно; 1539541 перпендикулярные границы раздела сегментов, составляющие угол ч5@ с горизонталью, причем указанные рассеиватель, диафрагма и фотоприемник образуют первый измерительный канал, второй четырехсегментный приемник, который составляет второй измерительный канал, установленные последовательно на другой оси вертикальную щелевую диафрагму и третий четырехсегментный фотоприемник, образующие третий измерительный канал, блок обработки сигналов фотоприемников, включающий четыре сумматора, восемь блоков вычитания, шесть блоков деле ния и регистратор, горизонтальная щелевая диафрагма в первом измерительном канале установлена на расстоянии а от диффузного рассеивателя и на расстоянии 1 от фотоприемника, причем ширина d щелевой диафрагмы и высота h диффузного. Рассеивателя связаны соотношениями d = (1,05-1,2); а ) 10Ь,, 1h а+1 25 отличающееся тем, что, с целью повьппения точности определения и одновременного расширения об-. 3д ласти применения устройства, в устройство дополнительно введены два светоделительных элемента, установленные последовательно перед первым измерительным..каналом, второй диффуз- 35 ный рассеиватель и квадратная диафраг.ма, установленные во втором измерительном канале перед фотоприемником по ходу ответвленного первым светоделительным элементом излучения, третий 4О диффузный рассеиватель, установленный в третьем измерительном канале передвертикальной щелевой диафрагмой по ходу ответвленного вторым светоделительным элементом излучения, в блок 45 обработки сигналов фотоприемников дополнительно введены шесть сумматоров, два блока вычитания, десять блоков умножения, задатчик напряжения и масштабный преобразователь, при- о чем второй фотоприемник имеет прямолинейные, взаимно перпендикулярные границы раздела сегментов, ориентированные одинаково со сторонами квадратной диафрагмы и второго диффузного рассе- 55 ивателя, третий фотоприемник аналогичен первому фотоприемнику, диффузный Рассеиватель, диафрагма и фотоприемник во втором и в третьем измерительньюс каналах установлены на тех же расстояниях друг от друга, что и в первом измеригельном канале. ширина вертикальной и квадратной целевых диафрагм равна ширине горизонтальной диафрагмы и связа;:-.е с размерами соответственно диффузного рассеивателя теми же соотношениями, что и B 1Eep» вом к=-нале, при этом верхнии и нижний сегменты первого фотоприемника подключены к первому входу первого блока вычитания, выход которого подключен к первому входу первого блока деления, верхний правый сегмечт второго фотоприемника подк:лзчен к первым вхоцам первого, второгс., третьего и четвертого сумматоров, ;ижний прав:.-.й сегмент второго фотоприемника подключен к вторым входам первого, второго сумматоров и к первым входам пятого и шестого сумматоров, нижний левый сегмент второго фотоприемника подключен к третьему входу первого сумма1 тора и к вторьг . входам четвертого и пятого сумматоров, верхний левьпЪ сегмент второго фотоприемника подключен к четвертому вход> первого сумматора, вторым входам третьего, ше стого и седьмого сумматоров, выходы второго и седьмого сумма г оров подключены соответственно к первому и второму входам второго блока вычитания, выход котороГО подключен к первому входу второго блока деления, выходы третьего и пятого сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам третьего блока вычитания, выход которого подключен к первому входу третьего блока деления, выходы четвертого и шестого сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам четвертого блока вычитания, выхоц которого подключен к первому входу четвертогс блока деления, левый и правый сегменты третьего фотоприемника подключены к перВОму вхОду пятОГО ОЛОка вычитания, выход которого подключен к первому входу пятого блока деления, выход первого сумматора подключен к вторым входам первого и пятого блоков вычитания, первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков деления и к первому входу регистратора, задатчик напряжения подключен к первым входам шестого и седьмого блоков вычитания, вторые входы которых подключены соответственно к выходам перво20 1539541 Составитель А. Грузинов Техред Л. Сердюкова Корректор О. Кравцова Редактор М. Келемеш Заказ 208 Тираж 417 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101. го и пятого блоков деления, выход .второго блока деления соединен с вто- рым входом регистратора и подключен к первому входу первого блока умножения и входу второго блока умножения, выход которого подключен к третьему входу седьмого блока вычитания, выход третьего блока деления соединен с третьим входом регистратора и подкпючен к второму входу первого блока умножения и входу третьего блока умножения, выход которого подключен к ч ретьему входу шестого блока вычитания, выход которого подключен к первым входам восьмого блока вычитания, Четвертог0 и пятого блоков умножения, выход седьмого блока вычитания подключен к второму входу восьмого блока вычитания и к первым входам шесто- 20 ro и седьмого блоков умножения, выход восьмого блока вычитания подключен к первому входу шестого блока деления, выход первого блока умножения подключен к первому входу девятого блока вычитания, выход четвертого блока деления подключен к второму входу девятого блока вычитания, выход которого Подключен к второму входу шестого .блока деления и первому входу вось- 30 Мого блока умножения, выход шестого блока деления соединен с четвертым входом регистратора и подключен к входу масштабного преобразователя, первый выход которого подключен к второму входу восьмого блока умножения, второй выход подключен к вторым входам четвертого и седьмого блоков умножения, третий выход подключен к вторым входам пятого и шестого 4р блоков умножения, выходы. четвертого Ф и шестого блоков умножения подключены соответственно к первому и второму входам восьмого сумматора, выход которого подключен к первому входу девятого сумматора, выходы пятого и седьмого блоков умножения подключены соответственно к первому и второму входам десятого сумматора, выход которого подключен к первому входу девятого блока вычитания, выход восьмого блока умножения подключен к вторым входам девятого сумматора и десятого блока вычитания, выход девятого сумматора подключен к входу девятого блока умножения, выход которого является пятым входом регистратора, выход десятого блока вычитания подключен к входу десятого блока умножения, выход котороro является шестым входом регистратора, при этом масштабный преобразователь содержит одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый блоки умножения, десятый и одиннадцатый сумматоры, седьмой блок деления и одиннадцатый блок вычитания, причем вход одиннадцатого блока умножения и первый вход двенадцатого блока умножения соединены с входом масштабного преобразователя, выход одиннадцатого блока умножения соединен с входом десятого сумматора, выход которого подключен к входу тринадцатого блока умножения, выход последнего соединен с входом седьмого блока деления, выход седьмого блока деления соединен с вторым входом двенадцатого блока умножения и входами одиннадцатого блока вычита- ния и одиннадцатого сумматора, выходы двенадцатого блока умножения, одиннадцатого блока вычитания и одиннадцатого сумматора являются соответственно первым, вторым и третьим выхо,дами масштабного преобразователя.
