Устройство для определения структуры светового пучка Советский патент 1985 года по МПК G01J1/04 

Изобретение относится к квантовой электронике и волоконно 4 оптике и может быть использовано, в частное ти, при определении структуры пучка света.

Известно устройство для оценки качества оптики по изображению точки, которое используется для проверк объективов. Устройство состоит из осветителя, точечной диафрагмы, коллиматора, проверяемого объектива и горизонтального микроскопа. Осветитель, коллиматор и точечная диафрагма могут быть заменены лазером. Оценка качества изображения производится при наблюдении с помощью горизонтального микроскопа изображения точки, кружка Эйри - размеров сфокусированного пучка света СО.

Недостатком этого устройства является то, что оно дает лишь качественные представления о размере лучка и не обеспечивает прямого определения структуры пучка.

Наиболее близким по технической

сущности к изобретению является устройство для определения структуры светового пучка, содержащее фотоприемник, расположенный на злектромехаяическом преобразователе, и осциллограф 2.

Недостатками известного устройств являются сложность изготовления и .неприменимость для измерения пучков произвольной формы. В устройстве использована ножевая диафрагма, что не позволяет восстанавливать форму лучка в виде дифракционных колец. Кроме того, это устройство неприме- :нимо для обмера пучков произвольной .длительности.

Цель изобретения - упрощение устройства и повьшхение точности измерений структуры пучков произвольной формы и длительности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фотоприемник, расположенный на злектромеханическом преобразователе, и ос- .циллограф, дополнительно введен фазовращатель, а в качестве фотопри- емника использван полупроводниковый гетеролазер с полосковой активной oблacтьЮj при этом вертикальная развертка осциллографа соединена с фотоприемником, а горизонтальная развертка осциллографа соединена

через фазовращатель с электромеханическим преобразователем.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит фотоприемник представляющий из себя полупроводниквый гетеролазер с полосковой активной областью, размещенный на подвижной части 2 электромеханического преобразователя 3 и связанный электрически с усилителем вертикального отклонения оциллографа 4, горизонтальная развертка которого соединена электрически с электромеханически преобразователем 3 через регулируемы фазовращатель 5.

Устройство работает следующим .образом.

При освещении пучком света активной области полупроводникового лазера, включенного в фотовольтаическом режиме, возникает сигнал фотоЭДС, пропорциональный интенсивности света, на приемную площадку - полосковую активную область. Полупроводниковый лазер установлен на подвижной части 2 электромеханического преобразователя 3, который запитьшается переменньм синусоидальным напряжением и вызывает перемещение активной области в напралении, перпендикулярном ее ширине . в измеряемом сечении пучка, что приводит к модуляции поглощенного света и образованию неравновесных носителей тока, часть которых рекомбинирует вне активной области, а часть носителей тока, проходяпщх через .р-fi переход лазера, дает вклад в сигнал фото-ЭДС. Сигнал фото-ЭДС поступает на вход усилителя вертикальной развертки оциллографа 4, горизонтальная развертка которого синхронизирована с положением активной области фотрприемника или прямом и обратном ходе развертки, так как она связана электрически через фазовращатель 5 на R-С цепочке с подстроечиым сопротивлением с напряжением питания электромеханического преобразователя 3. Фазовращатель устраняет инерционное запаздывание положения приемной площадки при прямом или обратном ходе калиброванной развертки осциллрграфа и фотоприемной .площадки. В качестве фотоприемника использован полосковый полупровод никовый гетеролазер на GaAlAf 5aAs. При реализации устройства чувстви тельность фотоприемника 0,5 А/Вт. Размер активной области 0,4-10 мкм что обеспечивает точность определе кия размеров пучка не хуже I мкм на длине волны 0,8 мкм, усредненног по полоске 10 мкм. Калибровку раз вертки осциллографа определяют путем анализа интерференционной картины полос с периодом 1,2 мкм, полученных в области пересечения сбитых под углом пучков от одного лазера, которые анализируют при колебаниях фотоприемника в пределах 300 мкм. По числу наблюдаемых на экране осциллографа максимумов на деление определяют масштаб горизонтальной развертки, ее линейность и разрешающую способность устройства в целом. Наименьший размер эллипти ческого пучка от полупроводникового лазера на длине волны 0,8 мкм, сфокусированного плоскосферической линзой радиусом 40 мкм с апертурой 1,5 из халькогенидного стекла составляет по половине интенсивности 311 мкм. При регистрации того же пучка в импульсном режиме при длительности импульсов 10 МКС, Следующих с частотой 10 кГц, на зкране 634 осциллографа наблюдают огибающую импульсов при вращении переменного сопротивления фазовращателя, которая описывает форму распределения интенсивности в сечении пучка. Приведенные конкретные параметры устройства за исключением размеров активной области, разделяющей разрешение и точность измерения размеров пучка, приведены только в качестве иллюстрации работы устройства Предлагаемое усГтройство можно использовать и для измерения пучков большой мощности, так как зеркала лазера выдерживают плотность излучения более 1 МВт/см , Изготавливая гетеролазер из полупроводников с меньшей шириной запрещенной зоны, можно создать устройство для измерения размеров пучков света в ИКдиапазоне, где визуализация пучков особенно затруднительна . Быстрое сканирование с частотой 50 Гц позволяет вести измерения на фоне низкочастотного механического шума, вибраций системы. Таким образом, устройство является простым, позволяет точно обмерять структуру пучков произвольной формы и длительности и может найти широкое применение в народном хозяйстве.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРЫ СВЕТОВОГО ПУЧКА, содержащее фотоприемник, расположенный на электромеханическом преобразова теле, и осциллограф, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повьшения точности измерений структуры пучков произвольной формы и длительности, в устройство дополнительно введен фазовращатель, а в качестве фотопри емника использован полупроводниковый гетеррлазер с полосковой актив- ,ной областью, при этом вертикальная развертка осциллографа соединена с фотоприемником, а горизонтальная (Л развертка осциллографа соединена через фазовращатель с электромеханическим преобразователем. ел оо О) 00