Способ определения поперечного размера пучка лазерного излучения Советский патент 1983 года по МПК G01J5/10 

Изобретение относится к измерительной технике и мо;кет быА использовано для определения диаметров лазерных пучков в широком спектральном диапазоне.

Известен способ определения диаметра лазерного пучка, заключакхдийся в сравнении поперечного, сечения пучка с калиброванньюли диафрагмами .

По данному способу пучку приписывается диаметр, равный размеру диафрагмы, которая ослабляет мощность пучка на 10% от значения мо1 ;ности, зарегистрированной без диафрагм. Погрешность способа, обусловленная,в частности, дискретностью набора диафрагм и зависимостью результатов измерения от изменения интенсивности лазерного пучка, достигает 15%.

Известен также способ определения поперечного размера пучка лазерного излучения, включающий измерение относительной мощности падающего излучения с помощью приемника излучения, содержащего четное число идентичных пироэлектрических чувствительных элементов, расположенных вплотную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости. При этом производится

синтез изображения профиля по совокупности сигналов от многоэле лентного пироэлектрического приемника излучения 2 3.

Однвко точность указанного способа недостаточна, поскольку определяется размерами отдельных элементов многоэлементных приемников и расстояниями между .

10

Цель изобретения - повышение точi ности измерения поперечного размера пучка лазерного излучения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения

15 поперечного размера пучка лазерного излучения, включающему измерение относительной мощности падаю1дего излучения с помощью приемника излучения, содержащего четное число иден20тичных пироэлектрических чувствительных элементов, расположенных вплотную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости, устанавливают приемник относительно пучка так, чтобы

25 сигналы со всех чувствительных элементов были равны, производят nejjeраспределение мощности между чувствительными элементами путем сме1це ния приемника перпендикулярно пучку,

30 измеряют относительную мо-июсть. падагацую на каждый чувствительный элемент, а поперечный разрез пучка вдоль направления смещения приемник определяют по формуле ,, где d.j, - поперечны1Ч размер пучка в направлении х( К - постоянная, характеризуюцая формулу и взаимное расположение чувствитель. ных элементов ( при &oL - смещение приемника И- иди относительная мощность излучения, падающая на iэлемент, и ее изменение с ответственно-. -1 - номер чувствительного эле мента п - число чувствительных элементов в приемнике. Спосрб осуществляется следугацим образом. Приемник, составленный из двух идентичных прямоугольных чувствител ных элементов, расположенных вгшот ную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости, устанавливают так, чтобы сигналы с обоих чувствительны элементов были равныCU и.) . При смещении приемника, перпендикулярно лучку и границе раздела чувствитель ных элементов, на расстояние, равно d/2, изменение относительной мощное тиди, вызванное перераспределением падающего излучения между чувствительными элементами, монотонно меня ется от ди--0 дсУ-и „а)(, глe Umay-U - U2 При ли - и пучок полностью переходит на один из элементов приемника, таким образом минимальное смеще ние Д, вызывающее AU - равно d/2. Однако при смещениях дх, близких к d/2, прирост ли нелинеен и слабо выражен, вследствие чего погрешность измерения диаметра велика. Область, где ди является линейной функцией йХ , лежит в пределах Of дХ5 . Для этой области крутизна кривой u.tJ::E(AX) обратно пропорциональна диаметру пучка, т.е. /4-v{-r-) Нор, Лл/ мировка ли относительно суммарной мощности излучений, падающей на при емник, дает ДУ . ATcWua) 2) Наличие операции нормировки исключает погрешность определения диаметра пучка, связанную с изменением интенсивности пучка в процессе измерения, если при начальном расположении приемника и # UT. имеет место более общая формула С1. Существование аналитической зависимости типа (J f (и,,дХ) позволяет исключить погрешность определения диаметра пучка лазерного излучения, обусловленную наличием дискретных измерительных элементов,-характерных для аналогов. Пример . Определяют диаметр пучков, формируемых при помощи лазера, диоптрийной трубки и набора калиброванных диафрагм. В качестве приемника излучения используют квад-ратный пироэлектрический приемник излучения диаметром 16 мм. Пироприемник устанавливают перпендикулярно направлению распространения пучка так, чтобы сигналы со всех четырех Чувствительных элементов были равны между собой, а затем при помощи микрометрического винта смещают вдоль одной из его координатных осей на 0,4 мм. При диаметре пучка 2 - 7 мм относительная погрешность измерения диаметра составляет 4 - 8,6%. Использование предлагаемого способа определения диаметра пучка лазерного излучения обеспечивает по сравнению с известными способами меньшую погрешность определения диаметра пучка, независимость определения диаметра пучка от изменения его интенсивности в процессе измерения, простоту юстировки приемника излучения относительно измеряемого пучка и возможность определения линейных размеров сечения пучка в разных направлениях ( количество направлений равно h/2, где h - число приемных плоцадок. Предлагаемый способ может . найти широкое применение в лазерной техни-t ке, особенно для ИК-области спектра. Формула изобретения Способ определения поперечного размера пучка лазерного излучения, включагаций измерение относительной мощности падающего излучения с помощью приемника излучения, содержащего четное число идентичных пироэлектрических чувствительных элементов, расположенных вплотную друг к другу в перпендикулярной пучку плоскости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения поперечного размера пучка, устанавливают приемник относительно пучка так, чтобы сигналы со всех чувствительных элементов были равны, производят перераспределение мощности между чувствительными элементами путем смещения приемника перпендикулярно пучку, измеряют относительную мощность, падающую на каждый чувствительный элемент, а поперечный размер пучка

вдоль направления смещения приемника определяют по форкбгле

а,. К

)/

поперечный размер пучка

X К в направлении / постоянная, характериэукхцая форму и взаимное расположение чувствительных элементов (К 2 при ),

АХ - смещение приемника ) AU- - относительная мощность

излучения, паданицая на i-и элемент, и ее изменение соответственноf

i - номер чув стайте ль йЪгсэ эЛёмента

-ц- число чувствительных элементов в приемнике.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лазеры газовые. Методы измере- 1НИЯ диаметра и расходимости пучка

излучения. ОСТ 11.ОДО.397.004-74.

0

2.Красовский В.М; и др ; Мат1жч ноё пироэлектрическое приемное устройство для исследования оптических квантовых генераторов. - Приборы и

5 техника эксперимента, 1976, 4,

с. 216-218 (прототип}.