УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01J1/04 

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к устройствам, предназначенным для измерений коэффициента поглощения оптических зеркал лазеров.

Наиболее распространенными являются устройства, принцип действия которых основан на калориметрическом определении мощности поглощенного зеркалом и отраженного зеркалом лазерного излучения по эквивалентной электрической мощности, обуславливающей тот же нагрев измерителей мощности поглощенного и отраженного лучистого потока.

Известно устройство (T. T. Saito, A. B. Callender, L. B. Simmond, Appl. Opt. 14, N 3, 721, 1975), состоящее из калориметра образца и детектора отраженного сигнала. Калориметр образца включает в себя узел крепления исследуемого зеркала, электрический нагреватель и измеритель температуры. Принцип работы устройства заключается в последовательном нагреве исследуемого зеркала в течение определенного промежутка времени сначала лазером, а затем, после остывания образца, электрическим нагревателем. Доля поглощенного лазерного излучения определяется по электрической мощности, подведенной к нагревателю для нагрева зеркала на ту же температуру.

Основной недостаток устройства заключается в том, что нагрев зеркала лазером, затем остывание его и последующий электрический нагрев проводятся последовательно в течение эксперимента, что обуславливает значительную длительность времени измерений коэффициента поглощения зеркал. Невысокая точность измерений (- 10%) объясняется (наряду с другими причинами) влиянием имеющих место тепловых потерь в калориметрической системе.

Известно устройство (L. L. Nichols, C. A. Rateliffe, R. L. Gordon, Appl. Opt. 12, N 10, 2232, 1973), аналогичное предыдущему, в котором используется калориметр с двумя образцами зеркал, установленных в термостатированной оболочке. Устройство работает по принципу: нагрев лазером одного образца - охлаждение калориметра нагрев электронагревателем другого образца.

Основным недостатком устройства также является длительное время измерений при невысокой точности измерений (- 10%).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности изобретению является устройство (R. A. Hoffman, Appl. Opt. 13, N 6, 1405, 1974), состоящее из измерителей мощности поглощенного и отраженного лазерного излучения и термостабилизированной системы охлаждения. Измеритель поглощенного излучения включает в себя исследуемый образец зеркала и электронагреватель, установленные в держателе, который посредством теплопровода соединен с системой охлаждения. На концах теплопровода установлены термисторы для измерения температуры. Измеритель отраженного излучения содержит поглощающий конус и электрический нагреватель, установленные аналогично по отношению к системе охлаждения. Измерители поглощенного и отраженного излучения смонтированы в вакуумной камере, причем первый измеритель снабжен к тому же охлаждаемым радиационным экраном для уменьшения теплопотерь при измерениях.

В устройстве осуществляется измерение коэффициента поглощения зеркала посредством измерения величин мощности поглощенного и отраженного лазерного излучения методом подбора эквивалентных электрических мощностей. Для этого производится нагрев исследуемого образца зеркала лазером и контрольные измерения равновесного теплового состояния всей калориметрической системы по градиентам температур в теплопроводах измерителей, последующий электрический нагрев измерителей для воспроизведения достигнуто при лазерном нагреве равновесного теплового состояния.

Основным недостатком данного устройства, как и предыдущих, является то, что оно не может обеспечить одновременный лазерный и электрический нагрев, поэтому время проведения измерений является продолжительным и составляет около 40 мин.

Кроме того, хотя общая погрешность измерений коэффициента поглощения зеркал уменьшена до 3 но тем не менее, влияние тепловых потерь остается существенным.

Цель изобретения -сокращение времени и повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве дополнительно введены измерители мощности, идентичные имеющимся, каждый из которых соответственно установлен равноплечно относительно системы охлаждения.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства,
Устройство содержит два основных блока, один из которых состоит из основного 1 и идентичного дополнительного 2 измерителей мощности поглощенного излучения, которые равноплечно установлены с помощью содержащих термопары г и г¹ теплопроводов 1в и 2в относительно системы охлаждения 3 с термостабилизацией температуры хладагента.

Измерители 1 и 2 включают идентичные образцы зеркал 1а и 2а и электронагреватели 1б и 2б. Другой блок состоит из основного 4 и дополнительного 5 измерителей мощности отраженного излучения, которые также установлены равноплечно с помощью содержащих термопары д и д¹ теплопроводов 4в и 5в относительно системы охлаждения 3.

Измерители 4 и 5 включают идентичные поглощающие конусы 4а и 5а и электронагреватели 4б и 5б. Габариты и материалы для изготовления всех элементов выбираются таким образом, чтобы обеспечить одинаковую тепловую инерционность обеих блоков.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера направляется на зеркало 1а. Под воздействием лучистого потока в теплопроводе 1в устанавливается температурный градиент г, пропорциональный мощности, поглощенной зеркалом. Одновременно с лазерным нагревом осуществляется электрический нагрев нагревателем 2б зеркала 2а. При этом температурный градиент г¹ в теплопроводе 2в доводится вручную или автоматически до полученного в теплопроводе 1в градиента г при лазерном нагреве. При достижении стационарного равновесного состояния, когда градиенты г и г¹ равны, получаем, что мощность поглощенного зеркалом излучения равна эквивалентной электрической мощности, создающей такой же нагрев зеркала. Одновременно аналогичным образом проводятся измерения по определению мощности отраженного лазерного излучения, по сопоставлению и выравниванию градиентов д и д¹. Коэффициент поглощения зеркал определяется по соотношению эквивалентных электрических мощностей поглощения и отражения.

Использование в предлагаемом устройстве дополнительных измерителей мощности позволило в результате осуществления одновременного лазерного и электрического нагрева сократить время проведения измерений до 10 мин, что в 4 раза меньше, чем время по прототипу. Кроме того, применение идентичных дополнительных измерителей мощности поглощенного и отраженного излучения, установленных равноплечно, обеспечило идентичность теплопотерь при измерениях и тем самым исключило их влияние на точность измерений.

Таким образом, точность измерений коэффициента поглощения зеркал повышена и составляет 1,5
На предприятии по материалам заявки разработана и изготовлена экспериментальная установка, на которой проведены измерения коэффициента поглощении зеркал. Установка предназначена и постояв но используется для аттестации по коэффициенту поглощения высокоотражающих металлических зеркал, разрабатываемых на предприятии.

Использование: лазерная техника. Сущность изобретения: в устройство для измерения коэффициента поглощения введены дополнительные измерители мощности, идентичные имеющимся, при этом каждый из дополнительных измерителей мощности установлен равноплечно относительно системы охлаждения. 1 ил.

Устройство для измерения коэффициента поглощения, содержащее измерители мощности поглощенного и отраженного лазерного излучения, и термостабилизированную систему охлаждения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены измерители мощности, идентичные имеющимся, каждый из которых соответственно установлен равноплечно относительно системы охлаждения.