Способ измерения энергии светового импульса лазерного генератора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области приборостроения. Способ основан на создании избыточного давления в замкнутом объеме жидкости путем воздействия на последнюю измеряемым световым импульсом. Перед воздействием в замкнутом объеме формируют узконаправленный опорный пучок непрерывного светового излучения. По величине смещения преломленного пучка опорного светового излучения от направления его пропускания судят о величине энергии светового импульса лазерного генератора. Устройство содержит заполненную жидкостью герметичную емкость с подвижной стенкой в виде мембраны, элемент для приема светового импульса и регистратор энергии светового импульса. Кроме того, оно снабжено генератором непрерывного лазерного излучения, двумя оптически прозрачными пластинами и, при этом, элемент для приема светового импульса установлен по центру мембраны. Технический результат заключается в ускорении процесса измерения и упрощении процесса реализации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области приборостроения и может быть использовано в квантовой физике для измерения энергии лазерного излучения.

Известен измеритель мощности излучения лазера, содержащий два крутильных маятника с пластинами, расположенными в камере, и индикаторное устройство, см. а.с. СССР № 581181, МПК G01J 5/34, 1973 г.

Известен измеритель энергии оптического квантового генератора, содержащий приемный элемент, датчик давления излучения и регистратор, см. а.с. СССР № 596047, МПК G01J 5/46, 1976 г.

Недостатком вышеприведенных решений является пониженная чувствительность используемых конструкций.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предложенному является способ измерения энергии светового импульса лазерного генератора, основанный на создании избыточного давления в замкнутом объеме жидкости путем воздействия на последнюю измеряемым световым импульсом, а.с. СССР № 797330, МПК G01J 5/34, 07.06.84 г., Бюл. № 21.

Устройство для измерения энергии светового импульса лазерного генератора содержит заполненную жидкостью герметичную емкость (механотрон) с подвижной стенкой в виде мембраны, элемент для приема светового импульса и регистратор энергии светового импульса.

Недостатком данного технического решения является сложность и длительность процесса реализации, обусловленные спецификой обработки информации при измерении энергии светового импульса.

Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в ускорении и упрощении реализации способа.

В соответствии с предлагаемым техническим решением вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе измерения энергии светового импульса лазерного генератора, основанном на создании избыточного давления в замкнутом объеме жидкости путем воздействия на последнюю измеряемым световым импульсом, перед воздействием измеряемым световым импульсом на жидкость в замкнутом объеме, формируют узконаправленный опорный пучок непрерывного светового излучения, пропускают его через оптически прозрачный замкнутый объем, с коэффициентом преломления, отличным от единицы, и с переменным углом клиновидности, пропорциональным величине давления внутри объема, в направлении, поперечном направлению пропускания опорного пучка, а после создания в замкнутом объеме жидкости избыточного давления, подают его внутрь оптически прозрачного замкнутого объема, и по величине смещения преломленного пучка опорного светового излучения, прошедшего через оптически прозрачный замкнутый объем после подачи в него избыточного давления, от направления его пропускания судят о величине энергии светового импульса лазерного генератора.

Устройство для измерения энергии светового импульса лазерного генератора, содержащее заполненную жидкостью герметичную емкость с подвижной стенкой в виде мембраны, элемент для приема светового импульса и регистратор энергии светового импульса, снабжено генератором непрерывного лазерного излучения, двумя оптически прозрачными пластинами, герметично связанными по периметру боковых сторон упругоэластичным элементом, при этом элемент для приема светового импульса установлен по центру мембраны, одна из оптически прозрачных пластин установлена с возможностью наклона и подпружинена в сторону второй пластины, полость между пластинами заполнена прозрачной жидкостью и гидравлически связана с герметичной емкостью, а генератор непрерывного лазерного излучения оптически сопряжен с регистратором энергии светового импульса через оптически прозрачные пластины.

Кроме того, регистратор энергии светового импульса выполнен в виде координатно-фоточувствительного датчика.

Кроме того, устройство снабжено регулировочным резьбовым элементом, ввинченным в оправу одной из пластин, и взаимодействующим своим концом с оправой второй пластины.

Устройство для измерения энергии светового импульса (см. чертеж) содержит генератор непрерывного лазерного излучения - 1, на выходе которого установлена диафрагма - 2 для получения узконаправленного опорного пучка - 1 непрерывного светового излучения. На оптической оси генератора - 1 за диафрагмой - 2 размещены плоские оптически прозрачные пластины - 3 и 4 в оправах - 5 и 6.

Пластины - 3 и 4 по периметру своих боковых сторон герметично связаны упругоэластичным элементом - 7, выполненным, например, в виде сильфона, причем пластина - 3 неподвижно установлена в корпусе - 8, а пластина - 4 смонтирована с возможностью наклона (оправа пластины - 4 установлена на поворотной оси - 9) и подпружинена в сторону пластины - 3 пружиной - 10, связывающей оправы - 5 и 6. Для установки нулевого положения в устройстве предусмотрен регулировочный резьбовой элемент - 11, ввинченный в оправу - 6 и взаимодействующий своим концом с оправой - 5. Герметичная полость между пластинами - 3 и 4 заполнена иммерсионной жидкостью - 12 (для образования оптически прозрачного объема с коэффициентом преломления, отличным от единицы, и с переменным углом клиновидности, пропорциональным величине давления внутри объема, в направлении, поперечным распространению пучка - 1), и гидравлически связана с герметичной емкостью (замкнутым объемом) - 13, заполненной жидкой фракцией - 14 (в качестве жидкой фракции может служить как иммерсионная жидкость, так и другой компонент, при условии установки разделительной мембраны в гидравлической связи - 18 на месте ее выхода из емкости - 13). Одна из стенок емкости - 13 выполнена в виде подвижной мембраны - 15 с элементом - 16 в ее центральной части для приема измеряемого светового импульса. В качестве регистратора энергии светового импульса в предлагаемом устройстве служит координатно-фоточувствительный датчик - 17, оптически сопряженный через пластины - 3, 4 и диафрагму - 2 с генератором - 1.

Измерение энергии светового импульса по приведенной схеме осуществляется следующим образом.

С помощью генератора непрерывного лазерного излучения - 1 и диафрагмы - 2 формируют узконаправленный опорный световой пучок - 1, который пропускают через оптически прозрачный замкнутый объем (пластина - 3, иммерсионная жидкость - 12 и платина - 4) и подают в центральную часть приемной площадки координатно-фоточувствительного датчика - 17. Затем формируют измеряемый импульс светового излучения лазерного генератора (с энергией ΔР) и подают его в центральную область элемента - 16. Кинетическая энергия импульса преобразуется в потенциальную энергию упругодеформируемой диафрагму - 15 (показано пунктиром), создавая избыточное давление жидкости - 14 внутри емкости (объема) - 13. Посредством гидравлической связи - 18 избыточное давление из емкости - 13 передают в герметичную полость между пластинами - 3 и 4. При этом подвижная пластина - 4 под действием избыточного давления разворачивается вокруг оси - 9 и ее дальний от оси - 9 конец перемещается на величину ΔL (показано пунктиром). В результате поворота пластины - 4 оптически прозрачный замкнутый объем (пластина - 3, иммерсионная жидкость - 12 и пластина - 4) принимает клиновидную форму в направлении, поперечном распространению пучка - 1. Последний, пройдя через оптическую среду клиновидной формы, преломляется и после выхода из пластины - 4 отклонится и займет положение - 1. Максимальное линейное отклонение ΔА преломленного пучка фиксируют в координатно-фоточувствительном датчике - 17, по величине которого судят об энергетике светового импульса лазерного генератора.

Следует отметить, что угол наклона пластины - 4 (а следовательно, и величина ΔА) пропорционален энергетике измеряемого импульса (ΔР), так как деформации упругих элементов конструкции имеют незначительные величины (находятся в областях их линейных перемещений), что позволяет производить тарировку датчика - 17 по двум эталонным импульсам светового излучения различной величины.

Из вышеприведенного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущества по сравнению с известным, а именно за счет упрощения алгоритма обработки ускоряется процесс реализации способа и упрощается конструктивное выполнение устройства.

Следовательно, предложенное техническое решение при реализации дает технический результат, заключающийся в ускорении процесса измерения и упрощении процесса реализации.

По материалам заявки на предприятии в настоящее время изготовлен макетный образец устройства, которое при испытаниях подтвердило достижение вышеуказанного технического результата.

1. Способ измерения энергии светового импульса лазерного генератора, основанный на создании избыточного давления в замкнутом объеме жидкости путем воздействия на последнюю измеряемым световым импульсом, отличающийся тем, что перед воздействием измеряемым световым импульсом на жидкость в замкнутом объеме формируют узконаправленный опорный пучок непрерывного светового излучения, пропускают его через оптически прозрачный замкнутый объем с коэффициентом преломления, отличным от единицы, и с переменным углом клиновидности, пропорциональным величине давления внутри объема, в направлении, поперечном направлению пропускания опорного пучка, а после создания в замкнутом объеме жидкости избыточного давления подают его внутрь оптически прозрачного замкнутого объема и по величине смещения преломленного пучка опорного светового излучения, прошедшего через оптически прозрачный замкнутый объем, после подачи в него избыточного давления от направления его пропускания судят о величине энергии светового импульса лазерного генератора.

2. Устройство для измерения энергии светового импульса лазерного генератора, содержащее заполненную жидкостью герметичную емкость с подвижной стенкой в виде мембраны, элемент для приема светового импульса и регистратор энергии светового импульса, отличающееся тем, что оно снабжено генератором непрерывного лазерного излучения и двумя оптически прозрачными пластинами, герметично связанными по периметру боковых сторон упругоэластичным элементом, при этом элемент для приема светового импульса закреплен по центру мембраны, одна из оптически прозрачных пластин установлена с возможностью наклона и подпружинена в сторону второй пластины, полость между пластинами заполнена прозрачной жидкостью и гидравлически связана с герметичной емкостью, а генератор непрерывного лазерного излучения оптически сопряжен через оптически прозрачные пластины с регистратором энергии светового импульса.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что регистратор энергии светового импульса выполнен в виде координатно-фоточувствительного датчика.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено регулировочным резьбовым элементом, ввинченным в оправу одной из пластин и взаимодействующим своим концом с оправой второй пластины.