ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01J1/42 

Устройство относится к области измерения мощности оптического излучения и предназначено для измерения параметров лазерного излучения. Импульсные лазеры в настоящее время находят широкое применение в дальномерах и различных медицинских приборах. Поэтому точность измерений параметров импульса лазерного излучения является важнейшей проблемой при производстве лазерных дальномеров и других приборов.

Известен измеритель параметров импульса лазерного излучения, содержащий входное фотоэлектронное устройство, чувствительное к длине волны лазера, устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал, средство записи электрического сигнала и персональный компьютер, на экране дисплея которого отражаются сведения о значениях измеряемых параметров: мощности, длительности и энергии импульса.

(Полезная модель по патенту РФ№187927, МПК G01J 1/42, 2018)

Электрический сигнал с чувствительного элемента подается на вход устройства, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Средство записи электрического сигнала записывает в память значения измеряемой разности потенциалов. Для получения значения мощности требуется калибровка измерителя. При помощи компьютера производится пересчет значений измеряемой разности потенциалов фотоэлектрического отклика в значения мощности, длительности и энергии лазерного излучения, отображаемые на дисплее компьютера.

Учитывая, что выходное напряжение фотоэлектронного устройства является напряжением малого уровня на его величину будет существенно влиять постоянное смещение электронных схем, а также его температурный и временной дрейф, что снижает точность и скорость измерений. Это является недостатком данного прибора.

Задачей разработки является повышение точности измерения мощности, длительности и энергии одиночного импульса лазерного излучателя.

Поставленная задача решается с использованием измерителя параметров импульса лазерного излучения, содержащего входное фотоэлектронное устройство, чувствительное к длине волны лазера, устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал, средство записи электрического сигнала и персональный компьютер, на дисплее которого отображаются сведения о значениях измеряемых параметров: мощности, длительности и энергии импульса, отличающийся тем, что в качестве средства записи электрического сигнала используют пару запоминающих устройств с разными постоянными времени, в качестве устройства, преобразующего входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал используют аналого-цифровой преобразователь следящего уравновешивания импульсного типа и фильтр верхних частот, с возможностью моделирования поступающего напряжения в импульсное напряжением типа меандр, значения амплитуды которого и модулированного опорного напряжения передаются в компьютер.

Повышение точности измерений параметров одиночного лазерного импульса предложенного измерителя на 15-20% по сравнению с известным достигается в результате использования пары запоминающих устройства с разными постоянными времени и аналого-цифрового преобразователя в комбинации с фильтром верхних частот для преобразования лазерного излучения в эквивалентный электрический сигнал типа меандр, что позволяет устранить погрешность температурного и временного дрейфа.

Устройство иллюстрируют примером выполнения.

На фиг. 1. приведена структурная схема измерителя параметров импульса лазерного излучения.

В схеме предусмотрен волоконно-оптический гибкий жгут, на конце которого расположено входное фотоэлектронное устройство 1 в составе ослабителя лазерного импульса и кремниевого фотодиода, запоминающие устройства 2, 3, с разными постоянными времени, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, фильтр верхних частот 5, персональный компьютер 6.

Измерение проводится косвенным методом с учетом поправочных коэффициентов в соответствии с ГОСТ 25213-82 «Лазеры. Методы измерения длительности и частоты повторения импульсов излучения», согласно которому измерение длительности лазерного излучения основано на преобразовании лазерного излучения в электрический сигнал и измерении длительности импульса электрического сигнала, следующим образом. Входное фотоэлектронное устройство 1 преобразует одномодовое лазерное излучение в электрический импульс с коэффициентом преобразования α. При этом U_вых=α⋅I_имп. Далее электрический сигнал U_вых поступает на запоминающие устройства 2 и 3 с разными постоянными времени, соответственно τ₃(1) и τ₃(2). Происходит преобразование импульсного электрического сигнала U_вых в постоянное напряжение двух уровней U₁ и U₂, где U_вых - амплитуда электрического сигнала, U₁ - постоянное выходное напряжение запоминающего устройства 2; U₂ - постоянное выходное напряжение запоминающего устройства 3. Напряжения U₁ и U₂ поочередно подаются на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4 и далее на фильтр верхних частот 5 для моделирования поступающего напряжения в импульсное напряжение типа меандр (скважность 2). Из модулированного напряжения выделяется первая гармоника. При этом амплитуда первой гармоники А₁ равна:

где: Т и τ - период и длительность модулирующего напряжения.

, т.е. К=0,637.

В дальнейшем амплитуда первой гармоники подается на компаратор аналого-цифрового преобразователя для сравнения с амплитудой опорного напряжения, которое предварительно также модулируется импульсным напряжением со скважностью 2. Затем цифровые коды, соответствующие напряжениям U₁ и U₂ с учетом коэффициента К=0,637, подаются на компьютер 6, который используя итерационное исчисление решает систему уравнений с двумя неизвестными U_вых и t - длительность электрического сигнала;

Система решается до получения максимального значения U_выx. Для этого необходимо от 2-х до 5-ти шагов (переходы иллюстрируются на схеме стрелкой R) итерационного исчисления, до того момента, когда U_вых получается с допустимой погрешностью ±5%. Таким образом находят все три параметра одиночного импульса лазерного излучения наносекундной длительности: мощность импульса Р_имп-=U_выx/α; длительность импульса t; энергия импульса W_имп=Р_имп⋅t.

Предлагаемый измеритель обеспечивает измерение указанных параметров одиночного импульса наносекундной длительности. Измеритель может быть использован в производстве дальномеров в различных приборах и устройствах, в том числе медицинских.

Устройство относится к области измерения мощности оптического излучения и предназначено для измерения параметров лазерного излучения. Измеритель параметров импульса лазерного излучения содержит входное фотоэлектронное устройство, чувствительное к длине волны лазера, устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал, средство записи электрического сигнала и персональный компьютер, на дисплее которого отображаются сведения о значениях измеряемых параметров: мощности, длительности и энергии импульса, при этом в качестве средства записи электрического сигнала используют пару запоминающих устройств с разными постоянными времени, в качестве устройства, преобразующего входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал, используют аналого-цифровой преобразователь следящего уравновешивания импульсного типа и фильтр верхних частот, с возможностью моделирования поступающего напряжения в импульсное напряжением типа меандр, значения амплитуды которого и модулированного опорного напряжения передаются в компьютер. Технический результат - повышение точности измерения мощности, длительности и энергии одиночного импульса лазерного излучателя. 1 ил.

Измеритель параметров импульса лазерного излучения, содержащий входное фотоэлектронное устройство, чувствительное к длине волны лазера, устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал, средство записи электрического сигнала и персональный компьютер, на дисплее которого отображаются сведения о значениях измеряемых параметров: мощности, длительности и энергии импульса, отличающийся тем, что в качестве средства записи электрического сигнала используют пару запоминающих устройств с разными постоянными времени, в качестве устройства, преобразующего входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал, используют аналого-цифровой преобразователь следящего уравновешивания импульсного типа и фильтр верхних частот, с возможностью моделирования поступающего напряжения в импульсное напряжением типа меандр, значения амплитуды которого и модулированного опорного напряжения передаются в компьютер.