Патент ссср 411561

 

4И561

Союз Советских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 30.111.1971 (№ 1641432/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 15.1.1974. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 17Х.1974

М. Кл. Н Ols 3/00

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

УДК 621.375.8(088 8) Лвторы изобретения

Заявитель

В. М. Кузьмичев и Ю. М. Латынин !

Харьковский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А. М. Горького

ИЗМЕРИТЕЛЬ ИЗЛУ Е11ИЯ ОКГ

Изобретение относится к измерительной технике ОКГ и может быть использовано для измерения проходящей непрерывной мощности или энергии одиночных импульсов средних и больших уровней излучения оптических квантовых генераторов. Измерения энергии одиночных импульсов могут проводиться от лазеров, работающих как в режиме свободной генерации, так и в моноимпульсном режиме.

Для измерения энергетических характеристик ОКГ чаще всего используют калориметры с сухой поглощающей нагрузкой, пондеромоторные измерители, фотоэлементы, фотодиоды, пироэлектрические измерители и нелинейные эффекты в прозрачных кристаллах.

При измерении средних и больших уровней оптических потоков все перечисленные устройства вносят значительные апплитудные изменения в пучок. Даже при использовании для измерений ответвителя в вид е плоскопараллельной прозрачной пластинки энергия основного пучка за счет отражения уменьшается на единицы процентов и более. Другие способы измерений вносят более ощутимые потери энергии основного пучка. При контроле больших уровней изменение энергии в единицы процентов является нежелательным.

Цель изобретения — сведение к минимуму потерь оп пиеской энергии па измерение и обеспечение как можно меньшего внесения искажений в оптический пучок.

Это достигается тем, что в предлагаемом измерителе в качестве приемного элемента ис5 пользуется редкая двойная проволочная решетка, которая представляет собой болометрический элемент. Если размер ячейки решетки значительно больше длины волны излучения, а диаметр проволоки меньше или даже срав10 ним с длиной волны, то очень легко добиться потерь энергии на измерение значительно меньше одного процента.

На чертеже схематически показан описывае15 мый измеритель, включающий двойную проволочную решетку 1, мостовую схему 2, источник

3 напряжения, измеритель тока 4, переменное сопротивление 5, индикаторный гальванометр

6, ключ 7, переменное сопротивление 8, изме20 ритель тока 9, постоянные сопротивления

10 — 12.

Основным элементом измерителя является редкая двойная металлическая решетка. Период решетки значительно больше длины вол25 ны оптического излучения, а диаметр проволоки выбирают как можно меньше. Материал проволоки выбирают с нужным температурным коэффициентом сопротивления (никель, платина, медь, и др.) . .Решетка состоит из двух

ЗО частей, 411561

11нти одной насти решеток!! 1 расположены горизонтально, а другой — вертикально, расстояние между обеими частями минимальное.

Все нити каждой части решетки соединены последовательно или параллельно, а обе части решетки соединены последов;!тель!Iî. После,!она!ел! нос сосдш!синс нитей друг с другом я В. 51етс5! и j)едпо«т!ггсл!>!! I>IМ, с!к к» K в э Ом случае увеличив»ется чувствительность измерителя к излучешпо, а показания его пе зависят 10 от размеров пучка. И тегрирование измерителем с таким соединением нитей распределения плотности энергии по поперечному сечению отождествляется формулой приближенного интегрирования методом прямоугольников. 15

Соединение частей решетки, показанное на чертеже, последовательное. Схема моста имеет цепь питания, состоящую из источника 3, переменного сопротивления 5 и измерителя тока 4, индикаторный гальвапо- 20 метр 6 и цепь калибровки, содержащую ключ

7, переменное сопротивление 8 и измеритель тока 9.

Мостовая схема 2 имеет три постоянных сопротивления 10 — 12, значения каждого из ко- 25 торых R. Пусть необходимо измерить непрерывную мощность излучения ОКГ. До подачи оптической мощности изменением сопротивления 5 мост балансируют. После пропускапия через решетку оптической мощности небольгп»я 30 !nc b cc поглощается репгеткой, « ro !!риводнт к изменению общего сопротивления решетки и баланса моста. Легко показать, что изменение сопротивления решетки и ток в диагонали моста пропорциональны проходящей оптиче- 35 ской мощности. Поглощенную решеткой часть оптической мощности легко измерить путем уменьшения мощности подогрева, для чего включают ключ 7 и снова балансируют мост изменением сопротивления 8. Поглощенная ре- 40 шеткой оптическая мощность F, oïðåäåëÿåòñÿ по формуле:

Є= — (21,1, — 1 ) .

Коэффициент поглощения решетки определяется по отношению поглощенной мощности Ро и мощности пучка Р, измеренной каким-либо абсолютным измерителем. Малый коэффициент поглощения решетки таким способом определяется довольно точно, что позволяет установить связь между показаниями измерителя и проходящей оптической мощностью.

Для измерения энергии одиночных импульсов тепловая постоянная болометрической решетки должна быть значительно больше длительности оптического импульса. В этом случае максимальный разбаланс моста пропорционален поглощенной решеткой оптической энергии. Калибровка измерителя по импульсной энергии может бы гь произведена путем выделения известной электрической энергии в решетке с помощь!о включения цепи, шунтирующей мост, на известный промежуток времени. Коэффициент поглощения решетки в импульсном режиме определяют !Io методике, )!!»логи«ной методике измерения в слу !»о непрерывной мощности.

Потери оптической энергии луч», вызьнгаемые решеткой, не больше отношения диаметра проволоки d к периоду решетки 1. Если длина волны излучения Х меньше диаметра проволоки d, что легко осуществить с лазером на Х=

=10,6 мкм, то оптические потери значительно меньше. Дифракционные потери, возникающие за счет появления пространственных гармоник, можно оценить по следующему известному выражению: где m — порядок пространственной гармоники, принимающий целочисленные значения;

Е„, — интенсивность m-ой пространственной гармоники;

Š— интенсивность оптического луча.

Если d ((!, то E jE=d /l .

При cd i=10 — - имеем Е /Е=10 — ", н общие !!о!ер!! энергии на днфракцию будут о«е!!ь малы, они не в!!есут з!гачител!и)ых искажений в нтн !сскнй пучок.

Период решетки l необходимо выбирать из требуемого коэффициента поглощения и условия интегрирования оптического пучка по поперечному сечению, чтобы показания измери-! еля не зависели от распределения плотности опт!!ческого излучения.

Двойная решетка исключает изменения показаний измерителя от направления поляризации оптического излучения.

Уменьшение дрейфа нуля индикаторной системы можно достичь использованием дифференциальной схемы, т. е. включением вместо сопротивления Рз идентичной решетки, находящейся в одинаковых условиях с рабочей решеткой.

Предмет изобретения

Измеритель излучения ОКГ, содержащий приемный болометрический элемент, измерительный пост и цепь калибровки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений, приемный элемент выполнен в виде двух соединенных последовательно проволочных решеток, нити которых взаимно перпендикулярны и соединены в каждой решетке последовательно.

4I15GI

Ы у е др наг

Составитель Е. Халатова

Техред Т. Ускова

Корректор Н. Аук

Редактор И. Шубина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1121/17 Изд. № 1157 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПЦ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5