Устройство для измерения диаметра пучка лазерного излучения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ПУЧКА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее циафрагму, приемник излучения и регистратор выходного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышетш точности измерений и скорости обработки информации, приемник излучения вьшолнен в виде плоскопараплельной пластины из пироэлектрина, на. одну сторону которой нанесен сплошной электрод, а на противоположную - перфорированный электрод с последовательным рядом конгруэнтных равноудаленных друг от друга отверстий прямоугольной формы,. а диафрагма вьшолнена в виде прямоугольной щели и }становлена перпендикулярно направлению перфорации в электроде приемника с возмолшостью последовательного перемещения по сечению лазерного (Л пучка.

(193 (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

° юеавв

I3, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 32 59683/1 8-2 5 (22) 13.03.81 (46) 07.10.83. Еюл. Ио 37 (72) В, В. Андреев, О. В, Елфимов, Л. С. Кременчугский и Т. М, Пустовалов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики AH Украинской ССР (53 ) 53 5.241, 6 (088.8) (56) 1. Красовский В, М. и др. Матричное пироэлектрическое устройство для исследования ОКГ. Приборы и техника эксперимента, 1976, ¹ 4, с. 216.

2. ОСТ I1. OllO. 397.033-74. Лазе ры газовые (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ПУЧКА ЛАЗЕРНОГО щ G 01 g 1/04; Н 01 У 3/00

ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее диафрагму, приемник излучения и регистратор вьиодного сигнала, о т л и ч а ю ш е е с я reM, что, с целью повышения точности измерений и скорости обработки информации, приемник излучения выполнен в виде плоскопараллельной пластины из пироэлектрина, на. одну сторону которой нанесен сплошной электрод, а на противоположную — перфорированный электрод с последовательным рядом конгруэнтных равноудаленных друг от друга отверстий прямоугольной формы,. а диафрагма выполнена в виде прямоугольной щели и установлена перпендикулярно направлению перфорации в электроде

Р приемника с возможностью последовательного перемещения по сечению лазерного пучка.

1 980

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аппаратуре для измерения характеристик лазерных пучков пироэлекгрическими приемниками излучения. 5

В настоящее время для .измерения диаметра ауйка лазерного излучения в широком спектральном диапазоне используют многоэлементные пироэлектрические приемники Pl)

{О

Однако для измерения пучков малого диаметра (f 10-1 5 мм) укаэанные устройства непригодны ввиду того, что минимальные размеры ячейки матричного пироэлвктрического приемника, а следова- {S тельно, и его пространственное разрешеwe s настоящее время составляет не менее 5 5 мм.

Известно устройство для измерения диаметра лазерного пучка. Устройство со- З0 держит приемник излучения (калориметр) и набор диафрагм различного диаметра.

Измерение диаметра пучка осуществляют подбором соответствующей диафрагмы.

Пучку црицисывают диаметр, равный 25 диаметру диафрагмы, которая при ее введении ослабляет регисгруемую мощность излучения на 10% от первоначального значения, измеренного беэ диафрагмы $2j

К недостаткам такого устройства сле- 30 дует отнести невысокую точность измерения диаметров лазерных пучков (точность измерения определяется шагом диаметров диафрагм); сложность юстировки (необхоущмо точно попасть в центр диафрагмы); длительность измерительного цикла (требуется перебрать множество диафрагм, сложность обработки результатов измере -, ний; зависимость результатов измерений оr изменения интенсивности лазерного 40 изл „ чения, !

Целью изобретения является повышение точности измерения и скорости обработки информации.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем диафрагму, приемник излучения и регистратор выходного сигнала, приемник излучения выполнен в виде плоскопараллельной пластины из пи50 роэпектрика, на одну сторону которой нанесен сплошной электрод, а на противоположную сторону — перфорированный электрод с последовагелвкым рядом конгру энтных равноудаленных друг от друга отверстий прямоугольной формы, а диафрагма выполнена в виде прямоугольной щели и установлена перпендикулярно направлению перфорации в электроде приемника

509 с возможностью последовательного перемещения по сечению лазерного пучка.

Указанное выполнение устройства повышает точность измерения диаметра пучка, поскольку информация о диаметре пучка не зависит ог нестабильности мощности лазера, упрощается процесс юстировки, а также повышается скорость измерения. Кроме того, процесс измерения диаметра пучка может быть полностью автоматизирован.

На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — сигнал на выходе регистрирующего устройства, в частности на входе анализатора импульсов.

Устройство для измерения диаметра пучка лазера непрерывного действия содержит подвижную прямоугольную диафрагму 1, механизм перемещения диафрагмы

2, приемник излучения в виде плоскопараллельной пироэлектрической пластины 3, на одну сторону которой нане=ен сплошной электрод 4: покрытый поглогигелем 5, а на противоположную сторону — электрод

6 с прямоугольной перфорацией, и предварительный усилитель 7, выход которого соединен с анализатором импульсов 8.

Устройство работает следующим образом.

Часть падающего пучка лазерного излучения 5 диаметром d через подвижную диафрагму 1 попадает на поглотитель 5 перфорированного пироприемника, В процессе движения диафрагмь{ поглотитель последовательно облучается отдельными участками сечения анализируемого лазерного пучка. Тепловые возмущения or локально нагреваемых участков погпотителя через сплошной (облучаемъй) электрод 4 распространяются вглубь пироэлекгрической пластины 3, Если при этом длина перфорированных отверстий в электроде 6 больше длины подвижной диафрагмы, а их шаг Q связан с ..шириной диафрагмы Ъ и шириной перфорированного отверстия с{ соотношением я = Q + с, то при выполнеп.ии условий с{> Ь и 5 = Ъ, где

-промежуток между отверстиями, в соответствии с последовательным нагревом о.бластей пироэлекгрика, ограниченных общим электродом и промежутками между перфорированными отверстиями, последовательно будет изменяться спонтанная поляризация в них, что приведет к появлению на выходе приемника серии разделенных по времени электрических импульсов. При движении изображения от диафрагмы по пироприемнику области, 3 980 на которые это изображение "надвигается", нагреваются и дают положительный вклад в пироотклик приемника, а области, с которых изображение "уходит", остывают и дают отрицательный вклад в пироотклик приемника. Таким образом, резуль- . тирующий пироэлекгрический сигнал при прохождении изображения ог диафрагмы в область ограниченную общим электродом и промежутком между перфорационными 1О отверстиями, можно рассматривать как суммарный вкпед от элементарных нагревающихся и остывающих областей. Время за которое изображение от диафрагмы полностью засветит промежуток между or-1S верстиями и, следовательно, сигнал достигнег максимальной величины, будет

4 = Ь/ It, где Ч вЂ” скорость движения диафрагмы, а гак как Ь = 5, г:>

Я IV . Амплитуда пироогклика зависит 2р как ог мощности потока излучения, попадающего на промежуток, гак и от ширины. диафрагмы и скорости ее движения.

Если электрическая постоянная времени перфорированного приемника меньше дли- 25 тельности облучения промежуточной области, а скорость движения диафрагмы постоянна, го на вход анализатора импугп сов поступит серия импульсных сигналов

509 4 одинаковой длительности и полярйосги, амплитуда которых будет пропорциональинтенсивности участков сечения лазерного пучка, "вырезаемых" диафрагмой.

Если шаг перфорации q; электрода при» емника известен и значительно меньше аи» аме тра d измеряемого пучка, например d (с 100, а алина перфораци» электрода приемника «5g> 3 l ac% »« число перфорационных отверстий, то число импульсов, поступивших на вход анализа тора импульсов, будет связано с диаметр ром лазерного пучка соотношением d ilg и абсолютная погрешность измерения диаметра лазерного пучка будет ие более ф ., Отметим, что шаг перфорации электрода приемника в предлагаемом устройстве может быть сделан менее 50 мкм, Тогда при измерении пучка диаметром 10 мм относительная погрешность измерений составит менее 0,5 %.

Устройство для измерения диаметра пучка лазера непрерывного действия позволяет значительно сократить процесс измерения и проводить его с высокой точностью. Одновременно оно также дает информацию о пространственном распределении интенсивности по сечению пучка.

980509

Составитель А. Егоров

Редактор П. Горькова Техреа А.Бабинед Корректор А. Повх

Заказ 7992/1 Тираж 873 Подписное

ЗНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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