Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, и может быть использовано при аттестации средств измерений относительно распределения плотности энергии /мощности/ в поперечном сечении пучка лазерного излучения для определения пространственной неравномерности сечения пучка излучения. Цель изобретения - повышение точности. Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения дополнительно содержит задатчики напряжения, умножители, блоки вычитания. Это позволяет исключить погрешность измерений, обусловленную влиянием среды диффузного рассеивателя на анализируемое распределение плотности энергии /мощности/ излучения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 G 01 J 5/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (61) 1481603 (21) 4458471/24-25 (22) «11.07.88 (46) 23,06.90. Бюл, Р 23 (72) В.А. Шангин, А.М. Райцин и И.И. Шангина (53) 621,373.8(088.8)

1(56) Авторское свидетельство СССР

9 1481603, кл. G 01 J 5/20 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПРО-:

СТРАНСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УАРА1<.ТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к уст-..... ройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, и может быть.Изобретение относится к измерительной технике,в частности к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, 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 является усовершенствованием устройства по авт.св, М 1481603.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже представлена блок-схема устройства для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, „,Я0„„1 573353

2 использовано при аттестации средств измерений относительного распределения плотности энергии (мощности) в поперечном сечении пучка лазерного излучения для определения пространственной неравномерности сечения пуч-. ка излучения. Цель изобретения — по-,. вышение точности. Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излу чения дополнительно содержит задатчики напряжения, умножители, блоки вычитания. Это позволяет исключить погрешность измерений, обусловленную влиянием среды диффузного. рассеивателя на анализируемое распределение плотности энергии (мощности) излучеHHH ° 1

Устройство для определения про- Шы странственно-энергетических характе- д ристик лазерного излучения содержит установленные по ходу оптического излучения щелевую диафрагму 1, рас- положенную на диффузном рассеивателе 2, первую 3, вторую 4, третью 5 модулирующие щелевые диафрагмы, каждая из которых установлена перед соответствующим четырехсегментным фото приемником 6-8, измерительный ка нал 9, содержащий первый 10, второй

11 сумматоры, первый 12, второй 13,ф блоки вычитания, первый 14, второй у 1

15 блоки деления; второй измеритель-., ный канал 16, содержащий сумматор 17„ первый 18 второй 19, .третий 20 блоки вычитания,:первый 21, второй 22 блоки деления; третий измеритель1573353 ный канал 23, содержащий сумматор 24, первый 25, второй 26, третий 27 блоки вычитания, первый 28 и второй 29 блоки деления.

Оси каждой из модулирующих щелевых диафрагм 3-5, составляют с осью щелевой диафрагмы 1 на рассеивателе

2 пару скрещивающихся под углом 90 прямых, расположенных в параллельных плоскостях, а центры этих щелевых диафрагм лежат в плоскости, перпендикулярной щелевой диафрагме 1 и проходящей через ее центр, на расстоянии радиуса а от центра щелевой диафрагмы 1. Ширина и каждой модулирующей щелевой диафрагмы 3-5, расстояния

1 между ее центром и центром приемной поверхности соответствующего фотоприемника 6-8 (в данном измери-. тельном канале) и высота h щелевой диафрагмы 1 связаны соотношениями

d=(1,05-1,2), a>,h.

1 h а+1

Форма границы раздела между сег- 25 ментами фотоприемников 6-8 описана функцией вида у= +Ixt " ", где и— номер канала.

Фотоприемник 6 содержит четыре сегмента, 30

Первый сегмент расположен вдоль положительного направления оси У, четвертый сегмент осесимметричен первому сегменту, а второй и третий сегменты расположены вдоль оси Х.

Пятый сегмент фотоприемника 7 расположен вдоль положительного направления оси У, а шестой сегмент фотоприемника 7 — асесимметрично пятому

40 сегменту.

Седьмой сегмент фотоприемника 8 расположен вдоль положительного направления оси У, а восьмой сегмент фотоприемника 8 — осесиметрично седь45 мому сегменту.

Первый сегмент фотоприемника 6 подключен к первому входу сумматора

10, первому входу сумматора 11 и к первому входу блока вычитания 13, а сегменты второй и третий фотоприем- 50 ника 6 подключены к второму входу сумматора 10, выход которого подключен к первым входам блоков 12, 18, 25 вычитания, блоков 14,15, 21,22, деления 28,29 и к первому входу 55 блока 30 обработки информации.

Четвертый сегмент фотоприемника 6 подключен к вторым входам сумматора

ll и блока 13 вычитания и к третьему входу сумматора 10.

Выход сумматора ll подключен к второму входу блока 12 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 14 деления и к вторым входам блоков 18 и 25 вычитания.

Выход блока 13 вычитания подключен к первым входам блоков 20.и 27 вычитания и к второму входу, блока 15 деления.

Пятый сегмент фотоприемника 7 подключен к первым входам сумматора 17 и блока 19 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 20 вычитания, выход которого подключен к вторым входам блока 22 деления и блока 27 вычитания.

Шестой сегмент фотоприемника 7 подключен к второму входу блока 19 вычитания и к второму входу 17 сумматора, выход которого подключен к третьему входу блока 18 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 21 деления и к третьему входу блока 25 вычитания, Седьмой сегмент фотоприемника 8 подключен к первому входу сумматора

24 и к первому входу блока 26 вычитания, выход которого подключен к третьему входу блока 27 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 29 деления.

Восьмой сегмент фотоприемника 8 подключен к второму входу блока 26 вычитания и к второму входу сумматора 24, выход которого подключен к четвертому входу блока 25 вычитания, выход которого подключен ко второму входу блока 28 деления.

Выходы всех блоков 14,15,21,22, 28,29 деления представляют собой соответствующие выходы измерительных каналов 9,16,23.

Рассеиватель 2, щелевая диафрагма 1, модулирующие щелевые диафрагмы 3-5 и фотоприемники 6-8 жестко установлены в едином корпусе 31, который снабжен приводом 32 вращения корпуса вокруг оси, перпендикулярной плоскости рассеивателя 2 и проходящей через центр щелевой диафрагмы l .

Выход блока 14 деления подключен к первому входу блока 33 вычитания, выход которого,, подключен к второму входу блока 30 обработки информации

73353 6

45, с выхода умно кителя 34, осуществляю55

5 15 и первым входам умножителей 34 и 35.

Выход блока 15 деления подключен к третьему входу блока 30 обработки„

Выход блока 31 деления подключен к первому входу блока 36 вычитания, выход которого подключен к четвертому входу блока 30 обработки информа.— . ции и к первому входу умножителя 37.

Выход блока 22 деления подключен к первому входу блока 38 вычитания, выход которого подключен к пятому входу блока 30 обработки информации и первому входу умножителя 39. Выход блока 28 деления подключен к первому входу блока 40 вычитания, выход которого подключен к шестому входу блока 30 обработки информации. Выход блока 29 деления подключен к первому входу блока 41 вычитания, выход которого подключен к седьмому входу блока 30 обработки информации. Выход задатчика 42 напряжения подключен к . второму входу блока 33 вычитания, вторым входам умножителей 34,37, 39 и к первому входу умнажителя 43 выход которого подключен к второму . входу блока 38 вычитания. Выход задатчика 44 напряжения подключен к второму входу блока 36 вь читания, второму входу умножителя 35 » первому входу умножителя 45, выход кото,рого подключен к второму входу бло, ка 41 вычитания. Выход задатчика 46

1напряжения подключен к второму входу блока вычитания 40. Выход блока 15 ., деления, кроме того, подключен к вторым входам умножителей 43 и 45, Вы ход умножителя 34 подключен к третьему входу блока вычитания 36. Выходы умножителей 35 и 37 подключены соот-. ветственно к третьему и четвертому входу блока 40 вычитания. Выход умножителя 39 подключен к третьему входу блока 41 вычитания. Позицией 47 обозначен источник исследуемого пучка излучения.

Устройство работает следующим образом.

Пучок излучения поступает на вход устройства - щелевую диафрагму 1 с рассеивателем 2. Щелевая диафрагма 1 выделяет только часть пучка в виде узкой полосы вдоль оси Y. ИэЛучение рассеивается диффузным рассеивателем

2 и через модулирующие диафрагмы 3-5 попадает на соответствующие четырехсегментные фотоприемники 6-8;

5 !

О

Определение моментов распределения с помощью трех измерительных каналов 9, 16 и 23 описано в основном изобретении.

В предлагаемом устройстве на выходах блоков 14, 21, 22, 28 и 29 деления формируются сигналы ш, m, ш, 7

r . и ш, где ш . -i — моменты функции

5 1 распределения. Сигналы с выхода сумматора 10 и блока 15 деления проходят непосредственно на соответственно первый и .третий входы блока 30 обработки информации, поскольку энергия ш (нулевой момент функции расо пределения) с точностью до постоянного коэффициента и положение энергетического центра ш не изменяются при прохождении лазерного пучка через диффузный рассеиватель 2. Сигнал с блока 14 деления поступает на первый вход блока 33 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 42 напряжения. Величина сигнала 11, на выходе задатчика 42 определена заранее экспериментально и соответствует величине р, являющейся характеристикой применяемого диффузного рассеивателя. Таким образом, на выходе блока вычитания 33 сигнал U соответствует моменту исзз следуемого распределения Я(у) и равен U =m7=ø - р. Этот сигнал и подах ется на второй вход блока 30 обработки информации. Сигнал с выхода блока 21 деления, равный ш, подается

Ф на первый вход блока 36 вычитания, на второй вход которого подается сигнал с второго .задатчика 44 напряжения, равный определенному заранее значению р характеристики диффузногФ го рассеивателя 2. На третий вход блока 36 вычитания сигнал подается

: щего перемножение поступающих на е ГО ВХОДЫ сигнаЛОВ П з =ш 7 и П 7 p7ó и поэтому он равен U =ш<р . По третьему входу блока 36 вычитания установлен коэффициент передачи, равный 6, Таким образом, на выходе блока 36.сигнал равен U36 m4- ð -6Ê7ш7 ш и соответствует моменту исходФ ного распределения. Этот сигнал подается на четвертый вход блока 30 обработки информации. Сигнал с выхода . блока.22 деления равный ш, подается на первый вход блока 38 вйчитания. На первый и второй входы умножителя 43

1573353 подаются сигналы Б = и Б,б=ш „, соответственно, С выхода умножителя сигнал, равный U = р ш, подается на второй вход блока 38 вычитания, по которому установлен коэффициент пе5 редачи, равный 3. Таким образом, на выходе блока 38 сигнал равен U =т -Зр m =m и соответствует моменту исследуемого распределения. Этот сиг- 10 нал подается на пятый вход блока 30 обработки информации. Сигнал с блока

28 деления, равный U m подается на первый вход блока 40 вычйтания, на второй вход которого подается сигнал 15 с выхода задатчика 46 напряжения, равный определенному заранее значению характеристики диффузного рассеивателя U. = р . ha первый и второй входы умножителя 35 подаются сигналы соответственно U>>=m и U<©= p . Сиг1 нал с выхода умнажителя 35, равный

П =р "ш подается на третий вход

35 блока 40 вычитания. На первый и второй входы умножителя 37 подаются сиг- 25 налы соответственно Бз =ш,.и U, = р .

Сигнал с выхода умножителя 37 равный

U =p m 6 подается на четвертый вход блока 40 вычитания. Коэффициент передачи .по третьему и четвертому входам 30 блока 40 вычитания установлен равным 15. Таким образом на выходе блока 40 вычИтания сигнал равен U4, = ш - 16 -15(р,m +р,ш )=ш и соответ35 ствует моменту исследуемого распределения. Этот сигнал подается на шестой вход блока 30 обработки информации.

Сигнал с блока 29 деления, равный

U з =ш подается на первый Вход бло 40

2З ка 41 вычитания. На первый и второй входы умножителя 45 подаются сигналы соответственно U< = р и U 6=â,. Сигнал с выхода умножителя 45, равный

Пф5 р m, подается на второй вход бло-45

4У 4 ка 41 вычитания, по этому входу установлен коэффициент передачи, равный 5.

На первый и второй входы умножителя

39 подаются сигналы соответственно

11М 3 и 11 62 а Сигнал с выхода 50 умйожителя 39 равйый И = р m подается на третий вход блока вйчйтания

41, по. этому входу установлен коэффициент передачи равный 10. Таким образом, на выходе блока 4.1 вычитания сигнал paaea U<„"m -5 p4m,-10ð шэ ш, т.е. скомпенсировано влияние диффузного рассеивателя 2 на определение и последнего из определяемых моментов распределения. Этот сигнал йодается на седьмой блок 30 обработки информации, Для метрологической аттестации предлагаемого устройства достаточно установить характеристики р, р, р

2 4> 6 примеряемого диффузного рассеивателя и.подать на устройство пучок излучения с известным распределением, из-вестной неравномерностью распределения плотности энергии (мощности).

Использование задатчиков напряжения, умножителей и блоков вычитания для введения поправок при определении измеряемых моментов позволяет ис". ключить погрешность, измерений, имеющую.место в основном изобретении из-за влияния среды диффузного рассеивателя на анализируемое распределе ние плотности энергии (мощности) из;лучения. Особенное значение это име ет при наличии в. спектре распределения высоких пространственных частот, которые после прохождения через диффузный рассеиватель становятся

-неразличимы, и моменты распределения в этом случае характеризуют в большей степени характеристики рассеивателя,чем исследуемого пучка излучения, Формула изобретения

Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения по авт.св.

Р 1481603, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно введены пять блоков вычитания, шесть умножителей и три задатчика напряжения, при этом выход первого блока деления подключен к первому. входу первого дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к второму входу блока обработки информации, к первым входам первого и второго умножителей, выход третьего блока деления подключен к первому входу второго дополнительного блока вычитания, выхОд которого под ключен к четвертому входу блока обработки информации и первому: входу третьего умножителя, выход четвертого блока деления подключен к первому входу третьего дополнительного блока вычитания; выход; которого подключен к пятому входу блока обработки информации и первому входу четвертого умножителя, выход пятого блока

>деления подключен к первому входу

1573353 четвертого дополнительного блока вычи10

Составитель E. Аносова

Редактор С„ Патрушева Техред И,Дидык Корректор О. Ципле

Заказ 1638 Тираж 429 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,10! тания, выход которого подключен к шестому входу блока обработки информации, выход шестого блока деления подключен к первому входу пятого дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к седьмому входу блока обработки информации, выход первого задатчика напряжения подключен к вторым входам первого дополнительного блока вычитания, первого, третьего и четвертого умножителей и к первому входу пятого умножителя, выход второго задатчнка напряжения подключен к вторым входам второго дополнительного блока вычитания, второго умножителя и к первому входу шестого умножителя, выход которого подключен к второму входу пятого дополнительного блока вычитания, выход третьего задатчика чапряжения подключен к второму входу четвертого дополнительного блока вычитания, причем выход второго блока деления дополнительно подключен к вторым входам пятого и шестого умножителей, выход последнего подключен к второму входу третьего дополнительного блока вычитания, выход первого умножителя подключен к третьему входу второго дополнительного блока вычитания,выходы второго и третьего умножителей подключены соответственно к третьему и четвертому входам четвертого.дополнительного блока вычитания, выход четвертого умножителя подключен к третьему входу пятого дополнителЬного блока вычитания,