Способ контроля лучевой прочности оптических изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области исследования устойчивости материалов к световому воздействию. Цель изобретения - повышение объективности и снижение трудоемкости при контроле. Контроль лучевой прочности осуществляют путем облучения лазерным излучением при помощи лазера 1. которое измеряют и подвергают периодической модуляции модулятором 2 и локального нагрева, после которого регистрируют сигнал, пропорциональный излучаемому изделием интегральному тепловому потоку, который собирают вогнутым зеркалом 6 и германиевой линзой 7 на пироэлектрическом приемнике 8, после чего выделяют переменную часть сигнала, регистрирую среднюю амплитуду этой части сигнала, нормируют на измеренную интенсивность лазерного излучения, а в качестве параметра , по которому судят о лучевой прочности изделия, выбирают величину отклонения нормированной амплитуды при помощи микровольтметра 13 от аналогичной амплитуды сигнала, полученной для эталонного изделия с известной величиной интенсивности , ведущей к разрушению, при этом переменную часть сигнала выделяют путем резонансного усиление усилителем 14 на частоте модуляции лазерного излучения и синхронного детектирования. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ЈГ

СОК)3 СОВЕ1СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1778632 А1

s G 01 N 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТ(1ОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4758275/28 (22) 15.11.89 (46) 30.11.92, Бюл, N. 44 (71) Красногорский механический завод (72) LLI.Ø.Èðòóãàíoâ, А.Л.Вольпов, Б.Д.Горелик, В.Н,Лопаткин, А.И.Толмачев, Н.Б.Родионова и С.E,Êèðååâ (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1150523, кл. G 01 N 17/00, 1983. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЛУЧЕВОЙ ПРОЧНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области исследования устойчивости материалов к световому воздействию. Цель изобретения— повышение объективности и снижение трудоемкости при контроле. Контроль лучевой прочности осуществляют путем облучения лазерным излучением при помощи лазера 1, которое измеряют и подвергают периодической модуляции модулятором 2, и локального нагрева, после которого регистрируют сигнал, пропорциональный излучаемому изделием интегральному тепловому потоку, который собирают вогнутым зеркалом 6 и германиевой линзой 7 на пироэлектрическом приемнике 8, после чего выделяют переменную часть сигнала, регистрирую среднюю амплитуду этой части сигнала, нормируют на измеренную интенсивность лазерного излучения, а в качестве параметра, по которому судят о лучевой прочности иэделия. выбирают величину отклонения нормированной амплитуды при помощи микровольтметра 13 от аналогичной амплитуды сигнала, полученной для эталонного изделия с известной величиной интенсивности, ведущей к разрушению, при этом переменную часть сигна а выделяют путем резонансного усиления усилителем 14 на частоте модуляции лазерного излучения и синхронного детектирования. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

i И1И>32

50

Изобретение относигся к исследованию устойчивости материалов к световому воздействию, а именно к контролю лучевой прочности оптических иэделий и материалов при воздействии на них мощным лазерным излучением, Целью изобретения является повышение объективности и снижение трудоемкости при контроле.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа контроля лучевой прочности оптических изделий, общий вид.

Способ контроля лучевой прочности оптических изделий заключается в том, что иэделие облучают лазерным излучением, подвергают локальному нагреву путем фокусировки излучения, регистрируют интенсивность излучения и определяют параметр, по которому судят о лучевой прочности, при этом интенсивность лазерного излучения подвергают периодической модуляции, после локального нагрева регистрируют сигнал, пропорциональный излучаемому изделием интегральному тепловому потоку, выделяют переменную часть сигнала, регистрируют среднюю амплитуду переменной части сигнала, нормируют на измеренную интенсивность лазерного излучения, а в качестве параметра, по которому судят о лучевой прочности изделия, выбирают величину отклонения нормированной амплитуды от аналогичной амплитуды сигнала, полученного для эталонного изделия с известным порогом прочности. Переменную часть сигнала выделяют путем его резонансного усиления на частоте модуляции лазерного излучения и синхронного детектирования.

В заявленном способе сфокусированное лазерное излучение периодически нагревает образец. а тепловое излучение локальной области нагрева собирается оптической схемой на приемник. Переменный тепловой сигнал позволяет применить для его. выделения на фоне шума синхронное детектирование, что резко повышает чувствительность измерений. Для нормировки на флуктирующую со временем мощность лазерного излучения используется его прямое измерение также с применением синхронного детектирования и деления на него величины измеренного теплового сигнала. В результате полученное отношение будет достаточно объективно характеризовать поглощение в образце.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ контроля лучевой прочности оптических иэделий.

Устройство содержит лазер 1, модуля. тор 2 (например, электромеханический, состоящий из диска с прорезями и привода вращения), светоделитель 3 (свстоделительная куб-призма), фокусирующую линзу 4, держатель 5 оптического изделия (образца), вогнутое зеркало 6, германиевую линзу 7, пироэлектрический приемник 8, предусилитель 9, первый (перестраиваемый) резонансный усилитель 10, первый синхронный детектор 11, измеритель 12 отношений, микровольтметр 13, второй резонансный усилитель 14, оптоэлектронный датчик 15, фотоприемник 16, согласующий предусилитель 17, третий резонансный усилитель 18, второй синхронный детектор 19, Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Лазер 1, работающий в непрерывном режиме генерации, облучает оптическое изделие (образец), установленное в держателе

5. С помощью модулятора 2 производится модуляция интенсивности лазерного пучка на низкой частоте, к которой наиболее чувствителен пироэлектрический приемник 8 (20 — 25 Гц). Модулированное излучение фокусируется линзой 4 на локальную область поверхности или приповерхност ного слоя оптического изделия и нагревает его в соответствии с изменением своей интенсивности, Излучаемый нагретой областью изделия тепловой сигнал собирается вогнутым зеркалом 6 и германиевой линзой 7 (не пропускающей рассеянную на образце часть лазерного излучения) на пироэлектрическом приемнике 8. Регистрируемый приемником 8 электрический сигнал после усиления в первом предусилителе 9 поступает на первый резонансный усилитель 10, в котором происходит выделение первой гармоники на частоте модуляции лазерного излучения. Установленный на модуляторе оптоэлектронный датчик 15, представляющий собой оптопару светодиод — фотодиод, укрепленную на модуляторе с возможностью поворота. и согласующий предусилитель, формируют электрический сигнал, находящийся в фазе с вращением растра модулятора. Этот электрический сигнал подается на второй резонансный усилитель

14, в котором также выделяется первая гармоника модулирующего сигнала. С помощью первого синхронного детектора 11, на входы которого подаются измеряемый (с усилителя 10) и опорный (с усилителя 14) сигналы. удается повысить чувствительность регистрации тепловых сигналов эа счет снижения уровня шума. Для этого оптопара поворачивается вокруг оси вращения растра модулятора так, чтобы первые

40

f r(flI-1(?III1KD1 ИЭМ(ЭРЯЕМ(?((? И (?II(? f?!I(?! О (:и IIR лОВ НахОДИ,;11(Ь В фаЛЕ ДРУГ С ДРУ(ОМ. ЭТО происходит в случае, когда оп(ические оси лазерного г(учка, г?улка излучения светодиода и ось вращения растра лежат в одной

ПЛОСКОСТИ.

Для контроля параэитных флуктуаций интенсивности лазера часть излучения с помощью светоделительной куб-призмы 3 отводится на фотоприемник 16, Регистрируемый им переменный сигнал усиливается в согласующем предусилителе

17, а в третьем резонансном усилителе 18 из него выделяется первая гармоника на частоте модуляции. Выделенный сигнал подается на второй синхронный детектор 19, на второй вход которого подается сфазированный с ним опорный сигнал со второго резонансного усилителя 14. Синхронно продетектированные сигналы поступают далее в измеритель 12 отношений, который формирует на выходе частное от деления измеренного теплового сигнала на сигнал, пропорциональный мощности лазера (нормируют на измеренную частоту лазер). Уровень выходного сигнала измеряется микровольтметром 13. П рименение измерителя отношений позволяет избавиться от зависимости результата измерения поглощения, нестабильности от мощности излучения лазера.

Измерение нормированного (на мощность лазера) поглощения для эталона с известной лучевой прочностью по показанию микровольтметра 13 позволяет проводить простую отбраковку оптических изделий из одной партии с эталоном. Если уровень нормированного поглощения меньше или равен показанию для эталона, то данное изделие удовлетво ряет требованию лучевой прочности.

Формула изобретения

1. Способ контроля лучевой прочности оптических изделий, по которому изделие облучают лазерным излучением, подвергают локальному нагреву путем фокусировки излучения, регистрируют интенсивность излучения и определяют параметр. по которому судят о лучевой прочности, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения обьективности и снижения трудоемкости при контроле, осуществляют периодическую модуляцию интенсивности лазерного излучения, после локального нагрева регист(?11ру(ог c11f нал, пропорциональныи 11элучаемому иэд(вием (1нтег(?алы(О(1у тепловому потоку, выделяют переменнук? час гь сигнала. регистрируют среднюю амплитуду переменнои части сигнала, нормируют !Ia измеренную интенсивность лазерного излучения, а в качестве параметра, по которому судят о лучевой прочности изделий, выбира-. ют величину отклонения нормированной амплитуды от аналогичной амплитуды сигнала, полученного для эталонного изделия с известным порогом прочности.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что переменную часть сигнала выделяют путем его резонансного усиления на частоте модуляции лазерного излучения и синхронного детектирования.

3, Устройство для контроля лучевой прочности оптических изделий, содержащее лазер, оптически связанные светоделитель, фокусирующую линзу и держатель оптического изделия, фотоприемник, оптически связанный со светоделителем, и связанный с фотоприемником согласующий предусилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения объективности и снижения трудоемкости при контроле, между лазером и светоделителем установлен электромеханический модулятор, на котором укреплен оптоэлектронный датчик, перед держателем оптического изделия установлено оптически связанное с ним вогнутое зеркало с центральным отверстием, вогнутое зеркала оптически связано с установленным на двойном фокусном рас35 стоянии от него пироэлектрическим приемником с германиевой линзой, к выходу которого через предусилитель подключен первый резонансный усилитель, соединенный с первым входом синхронного детектора, второй вход которого через второй резонансный усилитель соединен с оптоэлектронным датчиком, а выход подключен к первому входу измерителя отношений, согласующий предусилитель подключен к третьему резонансному усилителю, выход которого соединен с первым входом второго синхронногодетектора, второй вход которого через второй резонансный усилитель соединен с оптоэлектронным датчиком, а выход подключен к второму входу измерителя отношений, выход которого подключен к микровольтметру.