Способ измерения расходимости лазерного излучения

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДИЙО^г-' СТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, основанньш на проведении измерений в фокал:ьной области сфокусированного лазерногоизлучения," отличающийся тем, что, 'с целью расширения динамического диапазона измерения по интенсивности, определения измерения'величины расходимости во времени, использования пучка в процессе измерения и упрощения процесса приведений' из- ' мерений, в области фокусировки определяют форму произвольной изофоты в разные моменты времени с помощью, например, характерно взаимодействия лазерного излучения '~С'"а'эр'бЭб'лём,~''1ё-'" 'мёр^яют геометрию изофоты и расходимость определяют из уравнений, связывающих геометрические характеристики изофоты с раходимостью.1чЭ;о со

ÄÄSUÄÄ 702913

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) Н 01 Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2596413/18-25 (22) 27.03.78 (46) 07.07.85. Бюл. № 25 (72) Н.Н. Белов, А.А. Лушников, В.А. Мотягин, А.E. Негин, В.М. Мушта и А.Г. Сутугин (53) 621.373.826(088.8) (56) 1 ° R.И. Maynant, Appl. Opt., 4, 1648, 1965.

2. "Оптика и спектроскопия", т. ХХУП, вып. 4, октябрь, 1969, с.707. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХО ИМО:

СТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, основанный на проведении измерений в фокальной области сфокусированного лазерного излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения по интенсивности, определения измерения величины расходимости во времени, использования пучка в процессе измерения и упрощения процесса йроведения из= мерений, в области фокусировки определяют форму произвольной изофоты в разные моменты времени с помощью, например, характерно взаимадействия лазерного излучения -с аэрозблем, измеряют геометрйю изофоты и расходимость определяют из уравнений, связывающих геометрические характеристики изофоты с раходимостью.

1 7029

Изобретение относится к области лазерной техййки, в частности к техЙже йзмерейия расходймости пучков лазерных установок, и может быть использовано для измерения углбвой рас5 ходимости излучения лазеров.

Известен способ измерения расходимости, основанный на фотографировании сфокусированного исследуемогб пучка с помощью фоточувствительного элемен-1р та; размещенного непосредственно в фокальной плоскости линзы. По Винеру фотографирование производится с помощью нескольких линз, направленных на экран, на который сфокусирован исследуемый пучок, а для получения различных экспозиций перед линзами размещают фильтры с различным пропусканием 1 1 J.

Известен также способ измерения расходимости, основанный на разделении исследуемого пучка на ряд пространственно подобных пучков различной интенсивности с помощью зеркального клина. Пучок пропускают сквозь клин. 25

Пройдя клин, пучок дает первый сигйал, отразившись от обеих зеркальных стенок клина — второй, идущий под углом 2 cL (о — угол прм вершине клина) с интенсивностью в R„ R раза меньшей (Р— коэффициент отражения стенок клина), затем снова отразившись от обеих стенок клина — третий

H T,p, Если клин поместить за линзой то в фокальной плоскости ее при фотографировании получается ряд отпечат- З5 — =кбв" с размерами, соответствующими размерам пучка по мере ослабления его интенсивности в (k„R > раз (и — номер отпечатка).

Таким образом, по отпечаткам опре-40 деляют распределеййе интенсивности лазерного излучения в фокальном пятне, а также размер йятна (д см) в фо кальном сечении. Зная фокусйое Расстояние линзы (), расходимость пуч- 5

= Йа лазерного излучения, определяют по формуле О=дГ/ (2).

Недостатками способа являются ограничение измеряемых лазерных пучков за счетразрушения материалаоптического клина, поглощение всей энергии

"йзлучения на измерительной системе при прбведении измерений, невозможность прослеживать йзменения величины расходимости во времени.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона измеряе мых йучков по-интенсйвности, упрощегде д = ——

Sf

2 =2э сп— размер пятна в фокусе по спаду интенсивности в е раз, расходимость излучения по спаду интенсивности в 9 раз; фокусное расстояние линзы, 13 2 ние процесса, обеспечение измерения расходимости, быстро изменяющейся во времени, и использование лазерного пучка в процессе измерений.

Цель достигается тем, что в обла- сти фокусировки с помощью какого-либо взаимодействия излучения с веществом выявляют объем изофоты исследуемого пучка, где происходит взаимодействие, и о расходимости судят по геометрической форме и размерам этого объема.

Расширения диапазона измерений по интенсивности достигают использованием эффектов взаимодействия, возникающих при высоких интенсивностях излучения. Например, интенсивности возникновения свечения частиц аэрозоля составляют 10 -10 вт/см э

Изменение расходимости во времени определяют с помощью фиксации формы изофоты в определенные моменты времени (например; применяют киносъемку фокальной области).

Лазерный пучок, проходя область, в которой проводятся измерения, практически не ослабляется и может быть далее использован.

На пути прохождения оптического пучка, исследуемого лазера ГОС-301, размещают линзу с фокусным расстояйием, например /=25 см. За линзой распыляют аэрозоль, например, сажи с размером частиц 1 — 3 мкм и с концентрацией 10 см при помощи пылевого генератора. Затем облучают запыленный таким образом объем импульсов исследуемого лазера длительностью С= 0,8 мс с энергией С=20 дж.

При этих условиях наблюдают ярко светящуюся изофоту пороговых значений для свечения данного аэрозоля (см. фиг. 1). Распределение плотности мощнбсти по сечению пучка в-плоскости линзы у этого лазера близко к гауссовскому с размером д =2 см. Радиус произвольной изофоты в фокальной плоскости определяют из уравнения

702913

Редактор О. Юркова

Корректор М. Розман

Техред Л.Коцюбняк

Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4492/2

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Llо — размер пучка на зеркале

Z (— точка на оси пучка, где радиус изофоты равен нулю, Представляют размеры Г и f-Z(по фотографии и получают уравнение

2 (О,25) = — Ь +(— "- — 1

О, 125= Ь f Ь (1+ 2g уравнение решают и получают д =

1,6 10 " см и расходимость 8 =

2 1 610"

-2 — — 1 3 -10 . Результат из25 мерений этой же величины с помощью 15 традиционной методики дает хорошее согласие с этой цифрой (паспортное значение расходимости 8 не хуже

1,7 - 1F ) .

Использование изобретения позволяет измерить одну из важнейших характеристик лазерного излучения — расходимость, практически не прибегая к специальной аппаратуре. Это дает практическую экономию в средствах, зависящую от характеристик излучения конкретного лазера. С увеличением выход— ной энергии лазера эта цифра быстро увеличивается. Кроме того, предлагаемый способ позволяет измерять расходимость, быстро изменяющуюся во времени, и не искажает исследуемый пучок.

По данному способу на предприятии проводили измерения расходимости на импульсном СО лазере, лазере на стекле с неодимом и ряде других лазерах.

Результаты дают хорошее согласование с ранее применявшимися методиками.