ВТОРИЧНЫЙ ЭТАЛОН ЕДИНИЦЫ ЭНЕРГИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ПОВЕРКИ ЛАЗЕРНЫХ ДЖОУЛЬМЕТРОВ В РАСШИРЕННОМ СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ Российский патент 2017 года по МПК G01J1/08 

Изобретение относится к области технической физики и измерительной техники, в частности - обеспечению высокоточной калибровки и поверки средств измерений энергии лазерного излучения.

Из уровня техники известна существующая метрологическая база для калибровки и поверки лазерных джоульметров, основанная на применении вторичного эталона единицы энергии. Основным его элементом является эталонный измерительный преобразователь энергии лазерного излучения термоэлектрического типа, на основе которого построена функциональная схема вторичного эталона, приведенная в [1].

Эталон обеспечивает воспроизведение и передачу единицы энергии нано- и пикосекундных лазерных импульсов на длинах волн 0,532 мкм, 1,064 мкм и 1,54 мкм в диапазоне энергий 5⋅10^-3 ÷ 5⋅10^-1 Дж с погрешностями ≈1% и ≈0,5% соответственно.

Современные лазерные джоульметры (рабочие средства измерений далее РСИ) энергии лазерных импульсов имеют более широкий энергетический диапазон измерений 10^-12 ÷ 5⋅10^-1 Дж. Необходимость измерения энергии на различных длинах волн в широком энергетическом диапазоне требует введения отдельных спектральных измерительных каналов с фотодиодами, оптимальными по спектральной чувствительности к измеряемой длине волны.

В связи с этим возникает задача воспроизведения и передачи единицы энергии от вторичного эталона, имеющего указанный выше динамический диапазон энергий РСИ, работающего в диапазонах меньших уровней энергии в расширенном спектральном диапазоне.

Известно устройство [2], позволяющее осуществлять передачу единицы энергии, содержащее соосно последовательно размещенные лазерный излучатель, затвор, поляризационный делитель, содержащий линейный поляризатор и двухлучевой поляризационный элемент, причем линейный поляризатор выполнен с возможностью вращения вокруг оси лазерного излучателя. Однако устройство не обеспечивает требуемый диапазон энергий для калибровки и поверки РСИ из-за технической сложности калибровки с высокой точностью поляризационных делителей устройства в широком энергетическом диапазоне.

Для решения поставленной задачи применяется вторичный эталон единицы энергии с френелевским ослабителем [3] для канала малых уровней энергии, входящий в состав вторичного эталона [1], являющегося наиболее близким аналогом предлагаемого эталонного устройства и позволяющего в результате передачи единицы энергии производить калибровку и поверку РСИ в диапазоне 5⋅10^-7 ÷ 5⋅10^-1 Дж.

Однако применение в эталоне упомянутого ослабителя [3] не обеспечивает полного перекрытия требуемого диапазона энергий, предъявляет жесткие требования к его юстировке, неизменности юстировки при воздействии внешних факторов, приводящих к увеличению погрешности, а также приводит к погрешности, обусловленной изменением плоскости поляризации, характеризуется большими габаритами, что существенно при эксплуатации транспортируемых эталонных комплексов.

Кроме того, для применения такого ослабителя на различных длинах волн требуется его отдельная независимая калибровка.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в создании высокоточного устройства для калибровки и поверки лазерных джоульметров, обеспечивающего работу в расширенном диапазоне энергий лазерного пучка и в расширенном спектральном диапазоне.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в увеличении точности калибровки и поверки РСИ и расширении диапазона энергий и спектрального диапазона, в котором вторичный эталон обеспечивает калибровку и поверку РСИ. Предлагаемое устройство для калибровки и поверки лазерных джоульметров позволяет устранить указанные выше недостатки.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что во вторичном эталоне единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров, содержащем источник лазерного излучения, оптическую делительную пластину, контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения, работающий на требуемой длине волны лазерного излучения, оптический ослабитель энергии лазерного излучения, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер, оптический ослабитель энергии лазерного излучения выполнен в виде вращающегося диска с четырьмя отверстиями, в трех из которых установлены входные нейтральные фильтры, а эталон снабжен интегрирующей сферой, расположенной после оптического ослабителя энергии лазерного излучения, с входным, выходным и дополнительным отверстиями, внутренняя поверхность которой покрыта диффузно-отражающим покрытием, в дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой проходящий поток, на пути которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток, входное и дополнительное отверстия выполнены таким образом, что их центры расположены на оси прямого проходящего потока, а в выходном отверстии интегрирующей сферы установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов, на концах которых последовательно установлены выходные нейтральные фильтры, спектральные фильтры и фотоприемные устройства для работы на различных длинах волн и диапазонах энергии.

Изобретение основано на введении по меньшей мере двух спектральных измерительных каналов для различных длин волн, оптимальных по спектральной чувствительности, что позволяет использовать фотодиоды, имеющие высокую спектральную чувствительность на оптимальной для конкретного фотодиода длине волны и тем самым обеспечивать возможность независимой регулировки чувствительности каналов, что повышает точность калибровки и поверки, а также - на введении четырех раздельных попарно взаимно-перекрывающихся, приблизительно в одном порядке энергий диапазонов калибровки и поверки, охватывающих требуемый динамический диапазон (Фиг. 1) и в создании алгоритма обработки измеряемых сигналов в каждом диапазоне. Разбиение на четыре диапазона обусловлено, тем, что применяемые в заявляемом изобретении фотоприемные устройства (ФПУ) имеют высокую линейность в пределах трех десятичных порядков и в совокупности перекрывают весь требуемый диапазон измерений.

На Фиг. 2 приведена функциональная схема заявляемого устройства в предпочтительном варианте его осуществления.

Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров содержит источник лазерного излучения 1, оптическую делительную пластину 2, контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения 3, оптический ослабитель энергии лазерного излучения 30, калориметрический эталонный измерительный преобразователь 26, блок управления 28 и компьютер 29. Оптический ослабитель энергии лазерного излучения 30 выполнен в виде вращающегося диска 8 с четырьмя отверстиями, в трех из которых, 5, 6 и 7, установлены входные нейтральные фильтры, необходимые для ослабления сигнала от эталонного источника лазерного излучения 1, которые выполнены, например, из оптического стекла НС-2. Эталон снабжен интегрирующей сферой 9, выполненной из металла, например из дюралюминиевого сплава Д16, расположенной после оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30 с входным, выходным и дополнительным отверстиями, внутренняя поверхность 10 которой покрыта диффузно-отражающим покрытием, например светотехнической эмалью типа А243. В дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина 11, выполненная из оптического стекла, например марки К-8, и разделяющая лазерное излучение на прямой проходящий поток, на пути которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь 26, и диффузно-отраженный поток. Входное и дополнительное отверстия выполнены таким образом, что их центры расположены на оси прямого проходящего потока. В выходном отверстии интегрирующей сферы 9 установлен вход 12 волоконно-оптического коллектора 31, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов 13 (по три для каждого спектрального канала), на концах 14 и 20 которых последовательно установлены выходные нейтральные фильтры 15 и 21 соответственно, выполненные из нейтрального стекла, например марки НС-2, спектральные фильтры 16 и 22 соответственно и фотоприемные устройства первого спектрального канала 17, 18, 19 и фотоприемные устройства второго спектрального канала 23, 24, 25 для работы на разных длинах волн и в различных диапазонах энергии.

Сущность предлагаемого устройства, обеспечивающего достижение результата, состоит в том, что для каждого спектрального канала калибровка устройства, позволяющая охватить весь требуемый динамический диапазон энергий, содержит четыре этапа. На первом этапе расширения диапазона не требуется и его калибровка должна повторять работу вторичного эталона энергий в диапазоне I. На втором этапе по эталонному термоэлектрическому измерительному преобразователю энергии (ЭП) 26 калибруется ФПУ1 17 для первого спектрального канала (ФПУ4 23 для второго спектрального канала) в диапазоне II и к нему переходят функции вторичного эталона (рабочий эталон 1 разряда), на третьем этапе по ФПУ1 17 (ФПУ4 23) калибруется ФПУ2 18 для первого спектрального канала (ФПУ5 24 для второго спектрального канала)) в диапазоне III и к нему переходят функции рабочего эталона 1 разряда (рабочий эталон 2 разряда), на четвертом этапе по ФПУ2 18 (ФПУ5 24) калибруется ФПУ3 19 для первого спектрального канала (ФПУ6 25 для второго спектрального канала) в диапазоне IV и к нему переходят функции рабочего эталона 2 разряда (рабочий эталон 3 разряда). Фотоприемные устройства первого спектрального канала (ФПУ1, ФПУ2, ФПУ3), 17,18,19 снабжены фотодиодами, например, типа S2386, работающими на длине волны 0,532 мкм, фотоприемные устройства второго спектрального канала (ФПУ4, ФПУ5, ФПУ6) 23,24,25 снабжены фотодиодами, например, типа G8370, работающими на длинах волн 1,06 мкм и 1,54 мкм, и обеспечивают возможность калибровки устройства в диапазонах энергий II, III и IV соответственно. Каждый из выходных нейтральных фильтров 15 и 21 подбирается таким образом, что обеспечивает работу соответствующего фотоприемного устройства в диапазоне его линейности. Спектральные фильтры 16 и 22, выполненные, например, из стекла ЗС-11, для первого спектрального канала и ИКС-1 для второго спектрального канала необходимы для устранения влияния паразитной гармоники излучения на результат измерения. Сигналы с фотоприемных устройств 17-19 и 23-25 поступают через блок управления 28 в компьютер 29, где обрабатываются по описываемому ниже алгоритму.

Работа устройства описана в разделах «Калибровка устройства» и «Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазонах I-IV».

Калибровка устройства

Сначала производится калибровка предлагаемого устройства, для первого спектрального канала, включающая четыре этапа. На первом этапе калибровка производится по ЭП 26 от импульсов лазерного излучения в диапазоне I энергий. В тракт лазерного излучения вводится отверстие 4 без нейтрального фильтра оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенное на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. Оптический сигнал источника лазерного излучения 1, проходя через светоделительную пластину 2, выполненную, например, из стекла марки K-8, разделяется на прямой и отраженный пучки. Энергия излучения на выходе пластины 11 должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона I. Отраженный от светоделительной пластины 2 лазерный пучок поступает на контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения (КП) 3, являющийся средством контроля относительного изменения энергии импульсного лазерного излучения, а прямой пучок через отверстие 4 - поступает во входное отверстие интегрирующей сферы 9. Основная часть прямого пучка излучения проходит сквозь дополнительное отверстие интегрирующей сферы 9 и через пластину 11, вектор нормали к которой расположен под углом 6-8° относительно оси излучения, и поступает на вход (ЭП) 26. Отраженный от пластины 11 поток излучения, многократно отражаясь от внутренней поверхности 10 интегрирующей сферы 9 по закону Ламберта, представляет собой диффузно-отраженный поток, который через выходное отверстие интегрирующей сферы 9 поступает на вход 12 волоконно-оптического коллектора 31. Его угол обзора α должен быть таким, что собирает диффузно-отраженное излучение с области, характеризующееся равномерностью распределения интенсивности, что уменьшает влияние зонной характеристики устройства на результат калибровки и поверки, что увеличивает его точность. Наличие небольшого угла расположения пластины 11 уменьшает влияние поляризации лазерного пучка и обеспечивает первое отражение от нее в область интегрирующей сферы, не совпадающей как с прямым излучением, так и расположением волоконно-оптического коллектора, что необходимо для получения точных результатов калибровки и поверки.

Волоконно-оптический коллектор 31 распределяет диффузно-отраженный поток по шести светопроводам 13 (по трем для каждого спектрального канала). Затем диффузно-отраженный поток поступает на выходные нейтральные фильтры 15, расположенные на концах 14 светопроводов 13, спектральные фильтры 16 первого спектрального канала и далее - на фотоприемные устройства первого спектрального канала 17, 18, 19 и также - на выходные нейтральные фильтры 21, расположенные на концах 20 светопроводов 13, спектральные фильтры 22 второго спектрального канала и на фотоприемные устройства второго спектрального канала 23,24,25, подключаемые к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 при работе в диапазонах II, III и IV соответственно (Фиг. 1).

Для работы в диапазоне I производится одновременное измерение энергии , поступающей на вход приемника 19, и выходного сигнала КП 3 . Определяется и запоминается коэффициент преобразования K₁ для первого диапазона КП/ЭП, равный .

На втором этапе в одной из общих точек взаимно перекрывающихся диапазонов I и II производится калибровка устройства в диапазоне II.

В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 5 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. Энергия излучения на выходе пластины 11 после ослабления должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона II. Путь прохождения оптического сигнала источника лазерного излучения 1 повторяет описанный на первом этапе. В данном случае к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 подключается фотоприемное устройство 17. На втором этапе производится одновременное измерение энергии , поступающей на вход приемника 26, и сигнала с фотоприемного устройства 17 . Определяется и запоминается коэффициент преобразования ФПУ1/ЭП, равный , для диапазона II.

На третьем этапе в одной из общих точек взаимно перекрывающихся диапазонов II и III производится калибровка устройства в диапазоне III.

В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 6 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28.

Энергия излучения на выходе пластины 11 после ослабления должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона III. Путь прохождения оптического сигнала источника лазерного излучения 1 повторяет описанный на первом этапе. В данном случае к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 подключаются фотоприемные устройства 17 и 18. На третьем этапе производится одновременное измерение сигналов , фотоприемных устройств 17 и 18. Определяется и запоминается коэффициент преобразования ФПУ2/ФПУ1, равный для диапазона III.

На четвертом этапе в одной из общих точек взаимно перекрывающихся диапазонов III и IV производится калибровка устройства в диапазоне IV.

В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 7 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28.

Энергия излучения на выходе пластины 11 после ослабления должна соответствовать энергии оптического сигнала для диапазона IV. Путь прохождения оптического сигнала источника лазерного излучения 1 повторяет описанный на первом этапе. В данном случае к устройству с помощью компьютера 29 через блок управления 28 подключаются фотоприемные устройства 18 и 19. На четвертом этапе производится одновременное измерение сигналов , фотоприемных устройств 18 и 19. Определяется и запоминается коэффициент преобразования ФПУЗ/ФПУ2, равный для диапазона IV.

Таким образом, в результате калибровки устройства получаем следующую таблицу коэффициентов преобразований для всех диапазонов для первого спектрального канала.

Аналогично проводится калибровка устройства для второго спектрального канала и формируется таблица 2 соответствующих коэффициентов преобразований.

После проведения калибровки устройства производится калибровка или поверка РСИ.

Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне I

Калибровка и поверка РСИ производится отдельно для каждого спектрального канала. Ниже описан процесс калибровки и поверки для первого спектрального канала.

Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.

В тракт лазерного излучения вводится отверстие 4 без нейтрального фильтра оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенное на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала КП 3 , соответственно.

Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле .

Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ

При поверке РСИ 27 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе КП 3 , при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ . Относительная погрешность измерения энергии РСИ δ_РСИ определяется как

Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне II

Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.

В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 5 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала ФПУ1 17 , соответственно.

Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле .

Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ

При поверке РСИ 20 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе ФПУ1 16 , при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ .

Погрешность измерения энергии РСИ определяется по формуле (1).

Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне III

Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.

В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 6 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала ФПУ2 18 , соответственно.

Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле .

Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ

.

При поверке РСИ 27 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе ФПУ2 17 , при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ .

Погрешность измерения энергии РСИ определяется по формуле (1).

Калибровка и поверка рабочих средств измерений в диапазоне IV

Калибруемое или поверяемое РСИ устанавливается на посадочное место 27 для РСИ и вводится в оптический тракт установки взамен ЭП 26.

В тракт лазерного излучения вводится входной нейтральный фильтр 7 оптического ослабителя энергии лазерного излучения 30, расположенный на диске 8, вращение которого осуществляется от компьютера 29 через блок управления 28. При калибровке РСИ после подачи лазерного импульса от источника лазерного излучения 1 производится одновременное измерение сигналов на выходе калибруемого РСИ 27 и выходного сигнала ФПУЗ 19 , соответственно.

Величина энергии излучения, подаваемая после пластины 11 на вход РСИ, определяется по формуле .

Определяется коэффициент преобразования калибруемого РСИ

.

При поверке РСИ 27 производится одновременное измерение энергии на его входе и электрического сигнала на выходе ФПУ3 19 , при подаче от источника лазерного излучения 1 лазерного импульса. Определяется величина измеренной энергии после пластины 11 на входе РСИ .

Погрешность измерения энергии РСИ определяется по формуле (1).

Калибровка и поверка РСИ для второго спектрального канала производится аналогично, где используются данные Таблицы 2 и результаты измерения сигналов, полученные с КП 3, ФПУ4 23, ФПУ5 24, ФПУ6 25.

Расчеты, подтверждающие работоспособность заявляемого устройства

Расчеты приведены для первого спектрального канала. Для второго спектрального канала расчеты - аналогичные.

Введем обозначения для коэффициентов пропускания, отражения и преобразования элементов, представленных на фиг. 2:

ρ₁ - коэффициент пропускания делительной пластины 2;

- коэффициент отражения делительной пластины 2;

- коэффициент пропускания входного нейтрального фильтра 5;

- коэффициент пропускания входного нейтрального фильтра 6;

- коэффициент пропускания входного нейтрального фильтра 7;

ρ₃ - коэффициент пропускания делительной пластины 11;

- коэффициент отражения делительной пластины 11;

ρ₄ - коэффициент пропускания интегрирующей сферы 9, световолоконного коллектора 31, выходного нейтрального фильтра 15 и спектрального фильтра 16,оптически связанных с ФПУ1 17;

ρ₅ - коэффициент пропускания интегрирующей сферы 9, световолоконного коллектора 31, выходного нейтрального фильтра 15 и спектрального фильтра 16, оптически связанных с ФПУ2 18;

ρ₆ - коэффициент пропускания интегрирующей сферы 9, световолоконного коллектора 31, выходного нейтрального фильтра 15 и спектрального фильтра 16, оптически связанных с ФПУ3 19;

K_ФПУ1 - коэффициент преобразования ФПУ1 17;

K_ФПУ2 - коэффициент преобразования ФПУ2 18;

K_ФПУ3 - коэффициент преобразования ФПУЗ 19;

K_КП - коэффициент преобразования КП 3;

K_ЭП - коэффициент преобразования ЭП 26;

K_РСИ - коэффициент преобразования РСИ 27.

1. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне I в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ЭП 26 и КП 3

где Q_I - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне I.

При калибровке РСИ в диапазоне I электрические сигналы на выходе ЭП и РСИ имеют вид

где - энергия лазерного пучка в момент калибровки РСИ в диапазоне I.

Из системы (2) получим: .

Из системы (3) запишем

.

Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне I, равна

.

При поверке РСИ в диапазоне I величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна , где - значение электрического сигнала на выходе КП 3.

2. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне II в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ЭП26 и ФПУ1 17

где Q_II - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне II.

При калибровке РСИ в диапазоне II электрические сигналы на выходе ФПУ1 17 и РСИ 27 имеют вид

Из системы (4) получим: .

Из системы (5) запишем .

Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне II, равна

.

При поверке РСИ в диапазоне II величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна , где - значение электрического сигнала на выходе ФПУ1 17.

3. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне III в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ФПУ1 17 и ФПУ2 18

где Q_III - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне III.

При калибровке РСИ в диапазоне III электрические сигналы на выходе ФПУ2 18 и РСИ 27 имеют вид

Из системы (6) получим: .

Из системы (7) запишем

Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне III, равна

.

При поверке РСИ в диапазоне III величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна , где - значение электрического сигнала на выходе ФПУ2 18.

4. При калибровке заявляемого устройства в диапазоне IV в соответствии с описанием устройства и фиг. 2 запишем электрические сигналы на выходе ФПУ2 18 и ФПУ3 19

где Q_IV - энергия лазерного пучка в момент калибровки устройства в диапазоне IV.

При калибровке РСИ в диапазоне IV электрические сигналы на выходе ФПУ3 19 и РСИ 27 имеют вид

Из системы (8) получим: .

Из системы (9) запишем

Величина энергии лазерного пучка на выходе пластины 11, подаваемой на вход калибруемого РСИ в диапазоне IV, равна

.

При поверке РСИ в диапазоне IV величина энергии, подаваемой на вход РСИ, равна , где - значение электрического сигнала на выходе ФПУ3 19.

Источники информации

[1] «Основы оптической радиометрии» под ред. Котюка А.Ф., Физматлит, 2003.

[2] Иванов В.М. «Способ передачи размера единицы средней мощности или энергии лазерного излучения и устройство для его осуществления», Патент РФ 4459302/25, 12.07.1988, опубликовано: 30.07.1994.

[3] Янкевич Е.Б., Микрюков А.С., Москалюк С.А., Либерман А.А., Ковалев А.А. «Френелевский ослабитель лазерного излучения», Полезная модель РФ, 123944.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается вторичного эталона единицы энергии лазерного излучения. Эталон включает в себя источник лазерного излучения, делительную пластину, контрольный измерительный преобразователь энергии лазерного излучения, ослабитель энергии лазерного излучения, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер. Ослабитель выполнен в виде вращающегося диска с четырьмя отверстиями, в трех из которых установлены нейтральные фильтры. Эталон снабжен интегрирующей сферой с входным, выходным и дополнительным отверстиями. В дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой поток, по ходу которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток. В выходном отверстии установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов, на концах которых установлены нейтральные фильтры, спектральные фильтры и фотоприемные устройства. Технический результат заключается в увеличении точности, расширении диапазона энергий и спектрального диапазона калибровки и поверки рабочих средств измерения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров, содержащий источник лазерного излучения, оптическую делительную пластину, контрольный фотоэлектрический измерительный преобразователь энергии лазерного излучения, оптический ослабитель энергии лазерного излучения, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер, отличающийся тем, что оптический ослабитель энергии лазерного излучения выполнен в виде вращающегося диска с четырьмя отверстиями, в трех из которых установлены входные нейтральные фильтры, а эталон снабжен интегрирующей сферой, расположенной после оптического ослабителя энергии лазерного излучения, с входным, выходным и дополнительным отверстиями, внутренняя поверхность которой покрыта диффузно-отражающим покрытием, в дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой проходящий поток, по ходу которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток, входное и дополнительное отверстия выполнены таким образом, что их центры расположены на оси прямого проходящего потока, а в выходном отверстии интегрирующей сферы установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов, на концах которых последовательно установлены выходные нейтральные фильтры, спектральные фильтры и фотоприемные устройства для работы на разных длинах волн и в различных диапазонах энергии.

2. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения по п. 1, отличающийся тем, что нейтральные фильтры выполнены из нейтрального стекла НС-2.

3. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения по п. 1, отличающийся тем, что светоделительная пластина установлена в дополнительном отверстии таким образом, что ее вектор нормали расположен под углом 6-8° к оси прямого проходящего потока.

4. Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения по п. 1, отличающийся тем, что выходное отверстие выполнено таким образом, что его центр расположен в диаметральной плоскости интегрирующей сферы, перпендикулярной оси прямого проходящего потока.