Способ измерения пространственных параметров импульсного лазерного излучения и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения пространственных параметрЪв импульсного лазерного излучения, основанный на фокусировке и расщеплений пучка на ряд пучкЬв различной интенсификации, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регистрации пространственных параметров за один импульс генерации ОКГ и повышения Точности измерения, фокусировку производят после расщепления , затем вторично расщепляют каждый из полученных пучков на ряд пучков с различным продольным сдвигом каустических поверхностей и формируют картину трехмерного распределения инт.енсивнрсти в виде матрицы пятен, по которой судят о параметрах лазерного излучения. 5

СОЮЗ С(:ВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (я) y G 01 Т 1/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2679963/18-25 (22) Oi. 11.78 (46) 23.02.86. Бюл. Ф 7 (71) Особое конструкторское бюро

Ордена Ленина физического института им. П.Н.Лебедева АН СССР (72) А.Д.Валуев и Б.Л.Васин (53) 535.242(088.8) (56) Хирд Г. Измерение лазерных . параметров. М.: Мир, 1970, с. 68.

Рагульский В.В., Файзуллов Ф.С.

Простой метод измерения расходимости лазерного излучения. — Оптика и спектроскопия, 1969, 27, в.4, с. 707. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕН"

НЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ измерения пространственных параметров импульсного лазерного излучения, основанный на фокусировке и расщеплении пучка на ряд пучков различной интенсификации, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регистрации пространственных параметров за один импульс генерации ОКГ и повышения точности измерения, фокусировку производят после расщепления, затем вторично расщепляют каждый иэ полученных пучков на ряд пучков с различным продольным сдвигом каустических поверхностей и формируют картину трехмерного распределения интенсивности в виде матрицы пятен, по которой судят о параметрах лазерного излучения.

736729

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее объектив, вблизи фокальной плоскости которого расположена плоскость регистрации, и оптический клин, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения воэможности регистрации параметров за один импульс генерации ОКГ и повышения точности измерения, оно снабжено расщепителем, который установлен между объективом и плоскостью регистИзобретение относится к измерительной технике, в частности к методам и средствам измерения простран- . ственных параметров импульсного лазерного излучения, а именно угла расходимости, радиуса кривизны волно вого фронта излучения и углового размера эффективного источнйка.

Известен способ измерения угла расходимости лазерного излучения, при котором измеряют диаметр пятна, получаемого в фокусе объектива.

Этот способ имеет серьезный недостаток, так как позволяет лишь в езультате нескольких измерений диаметра пятна на различных расстояниях от объектива измерить радиус кривизны волнового фронта лазерного излучения на входе и угловой размер эффективного источника.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения угла расходимости лазерного излучения, основанный на фокусировке и последующем расщеплении пучка на ряд пучков различной интенсивности. Указанный способ более прост, так как не требует подбора величины ослабления интенсивности пучка для попадания на линейный участок характеристической кривой фотоматериала.

Но этот способ имеет тот же недостаток.

Для измерения радиуса кривизны волнового фронта лазерного излучения и углового размера эффективного источника необходимо также производить многократное экспонирование на разрации а оси ориентации клина и расщепителя расположены под углом одна к другой.

3. Устройство по п. 2, о т л и-, ч а ю щ е е с я тем, что в качестве расщепителя применен оптический клин.

4. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в качестве расщепителя применены два параллельных зеркала. личных расстояниях от объектива. Тем самым способ не позволяет регистрировать указанные параметры за один импульс генерации СКГ, что очень важ

5 но для измерения параметров мощных лазеров с низкой частотой повторения.

В известном способе необходимо также соответствующим образом выгибать фотопленку в плоскости регистрации или производить расщепление с помощью тонкого клина, чтобы исключить смещение относительно фокальной плоскости, что снижает точность измерения.

Целью изобретения является обеспе.

15 чение возможности регистрации пространственных параметров за один импульс генерации ОКГ и повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, 20 что фокусировку производят после расщепления, затем вторично расщепляют каждый из полученных пучков на ряд пучков с различным продольным сдвигом каустических поверхностей и фор25 мируют картину трехмерного распределения интенсивности в виде матрицы пятен, по которой судят о параметрах лазерного излучения. Осуществление данного способа производится с по30 мощью устройства, снабженного расщепителем, который установлен между объективом и плоскостью регистрации, а оси ориентации клина и расщепителя

1 расположены под углом друг к другу, 35 при этом в качестве расщепителя прйменен оптический клин или два параллельных зеркала.

На чертеже представлено устройство для измерения параметров импульс736729 ного лазерного излучения, представляющее собой один из вариантов осуществления предложенного способа, Устройство содержит ОКГ 1, светофильтр 2, оптический клин 3, объектив 4, расщепитель 5 и регистратор 6

Устройство работает следующим образом.

Излучение ОКГ 1 через светофильтр 2 попадает на зеркальный клин 3. В результате последовательных отражений пучка от поверхностей клина 3 на выходе его образуется серия пространственно подобных пучков, отличающихся интенсивностью и углом наклона к оси устройства.

Клин 3 играет роль ступенчатого ослабителя, обеспечивающего согласование интенсивности пучка с чувствительностью фотопленки при различ- ных энергиях импульса на входе. Требуемая степень ослабления от пучка 1и к пучку — — обеспечивается нанесени н- ем на поверхности клина покрытий с коэффициентом отражения, равным

Р=47ц/цц., цццц цц,цц — ннтццсивности М -ro и (М-1) пучков. Серия пространственно подобных-пучков фокусируются объективом 4 и попадает на расщепитель 5, который в свою очередь каждый из пучков на выходе объектива 4 разлагает на серии пучков, близкий по интенсивности, но отличающихся величиной продольного сдвига каустической поверхности относительно плоскости 6 регистратора.

В предлагаемом варианте устройства в качестве расщепителя 5 применен оптический клин с высоким (90X) коэффициентом отражения покрытий и .толщиной, удовлетворяющей следующему соотношению: г где F — величина продольного сдвига каустики от пучка к пучку;

h — - показатель преломления материала клина;

d — толщина клина.

Величина о выбирается в зависимости от требуемой ширины диапазона измерений и величины фокусного расстояния объектива 4.

Однако из поверхностей каждого иэ клиньев 3, 5 перпендикулярна оптическоЛ оси объектива, а сами клинья 3, 5 повернуты вокруг этой оси так, что расщепление пучков происходит

| ,в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, В качестве расщепителя 5 может также lIpHhfpняться пара параллельных зеркал (на чертеже не показаны), находящихся под углом к оптической оси объектива. Величина продольного сдвига каустик расщепляемых пучков

1р определяется в этом случае как шириной зазора между зеркалами, так и углом наклона самих зеркал.

Благодаря тому, что клин 3 и .расщепитель 5 расположены под углом друг к другу, в плоскости регистрации формируется матрица пятен, различающихся по одной координате ослаблением, а по другой — расстоянием от фокальной плоскости объектива 4.

Фотографирование и последующее фотометрирование пятен позволяет, во-первых, определить характеристическую кривую фотопленки, и, во-вто"

2 рых, с ее помощью найти характерные параметры каустики сфокусированных пучков:

df - диаметр сечения фокальной плоскостью, . ц

30 мнн . диаметр перетяжки (минимаЖное сечение);

Ь вЂ” сдвиг перетяжки относительно фокальной плоскости.

Параметры исходного лазерного из.

35 лучения следует вычислить по формулам

И (при 3 ) — угол расходимости;

40 мин с * — угловой pas

F a. мер эффективного ис . точника

45 — — радиус кри- .

Т 6 визны вол нового фрон- та.

Сравнительные испытания данного

50 способа и устройства для его осуществления показали, что они имеют технический эффект — позволяют определить основные пространственные характеристики: угол расходимости, у угловой размер эффективного источника, радиус кривизны волнового фронта за один импульс ОГК большой мощности.