Способ определения распределения плотности мощности в сечении пучка излучения Советский патент 1987 года по МПК H01J1/54 

13

в сечении пучка излучения .Цель изобретения - расширение динамического диапазона преобразования и повышение точности определения распределения Ш1О.ТНОСТИ мощности в сечении пучка излучения. Данный способ заключается в следующем. Пучком излучения облучают экран, материал которого сохраняет цвет или свечение в указанном интервале температур. Перед облучением устанавливают температуру экрана ниже заданного интервала температур и путем изменения угла между экраном и пучком излучения получают изображение ряда энергетических уровней в се

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для преобразования непрерывного периодически иа- меняющегося и квазинепрерывного электромагнитного излучения и излучения потоков частиц в видимое излучение и определения распределения плотности мощности в сечении пучка излучения, а также для визуализации и определения распределения плотности мощности в поперечном сечении пучков излучения лазеров инфракрасного диапазона, например технологических лазеров на углекислом газе, окиси углерода, ксеноне, работающих в непрерывном перио- дическом и квазинепрерывиом режимах, сфокусированного излучения лазеров, а также для излучения сверхвысоких частот.

Целью изобретения является расши- рение динамического диапазона преобразования, повьппение точности определения распределения плотности мощности в сечении пучка излучения в связи с независимостью этого определения от нелинейности зависимости светимости м ггериала приемника от температуры.

На чертеже представлена схема устройства, осуществляющего преобразова- ние излучения в видимое.

Устройство состоит из приемника 1 излучения, регулируемого источника 2 элекрического тока, холодильника 3, устройства 4 вращения приемника 1 из18.

чении пучка, которые используют для определения распределения плотности .мощности сечения пучка. Устройство для реализации способа содержит приемник 1 излучения, источник 2 электрического тока, холодильник 3, устройство 4 вращения, ось 5, подшипник 6, контакты 7, поглотитель 8 излучения, провода 9, холодильную камеру 10, воздушный радиатор 11. На схеме также показаны поток 12 теплоносителя, излучение 13 и его часть 1А, пороговая светимость поглотителя 15. В описании изобретения указаны варианты материалов экрана.,2 з.п.ф-лы, 1 ил

лучения вокруг оси 5, закрепленной в подшипниках 6 и проходящей по передней поверхности приемника через его центр 0. Приемник 1 излучения содержит электрические контакты 7, нанесенные на поглотитель 8 излучения. Посредством электропроводов 9 поглотитель подключен к регулируемому источнику 2 электрического тока. Холодильник содержит холодильную камеру 10 и воздушный радиатор 11, который осуществляет тепловой контакт холодильной камеры 10 и поглотителя 8 излучения путем создания потока 12 теплоносителя, что и обеспечивает установление одинаковой вдоль поглотителя температуры. Допускается охлаждение поглотителя путем обдува газом, плазмой, отвода тепла с помощью жидкого теплоносителя, воздействием отрицательного теплового излучения.

Пример осуществления способа.

Устанавливают с помощью холодильника 3 минимальную температуру поглотителя 8, омьгоаемого потоком теплоносителя 12, ас помощью устройства 4 вращения устанавливают мак- симальньш угол падения излучения на поглотитель 8tf , при котором пучок излучения еще не выходит за край поглотителя. При этом обеспечивается преобразование излучения в видимое для максимально допустимого значения

3.13

плотности мощности . . Затем на приемник подают излучение 13, часть которого 14 проходит через поглотитель. Наблюдают изменение цвета или пороговую светимость поглотителя 15, возникающую в результате его нагрева поглощенной частью излучения (эквиэнергетическая линия, поверхность) . Если плотньсть мощности излучения 9 меньше 9 макс светимость поглотителя не наблюдается. В этом случае путем поворота приемника с помощью устройства 4 следует уменьшить угол падения излучения на приемник о или с помощью регилируемого источ- ника 2 электрического тока повысить температуру поглотителя до появления цветотемпературной или пороговой светимости эквиэнергетической области (линии)П на поверхности поглотителя координаты которой (х , у ) связаны с координатами поперечного сечения пучка (х, у) соотношениями х х , у y coscf . Затем определяют значение плотности мощности ( 52) зкви- энергической области по формуле

«PCSZ) T(Ji)-A(o)/ (Ц ) созц .

, Tj.(C2)3 известная по предварительной калибровке зависимость плотности мощности излучения при нормальном падении пучка, вызывающая цветовые изменения или пороговую светимость поглотителя, имеющего в отсутствие излучения температуру Т; А(СР). - зависимость коэффициента по- гло1цения приемника от угла падения излучения

Последовательно изменяя значения температуры поглотителя Т и угла падения излучения на поглотитель cf, наблюдают все эквиэнергетические уровни в сечении пучка и определяют распределение плотности мощности в поперечном (или любом произвольном, определяемом значением угла if ) сечении пучка.

«

Мииимальное допустимое значение

плотности мощности излучения ц определяется лишь тепловыми шумами окружающей бреды, стабильностью и неоднородностью температуры Т вдоль поверхности поглотителя на нижних пределах преобразования (оно близко нулю) , В результате преобразование излучения в видимое осуществляется в

f 0 5

0

0

0

г

184

расширенном диапазоне плотностей мощности, позволяющем удовлетворить все современные Потребности. Получение изображения эквиэнергетических уровней, повышение на порядок и более, по сравнению с изв1естным, точности определения значения эквиэнергетических уровней и распределения плотности мощности в сечении пучка повьппают информативность и качество преобразования излучения в видимое и с учетом широкого динамического диапазона преобразования делают предлагаемый способ универсальным.

В качестве цветотемпературньпс ве- ществ могут быть наряду с жидкими кристаллами (с шириной рабочей области до 0,01 С) применены неорганические, люминесцирующие и другие вещества: многоцветные цветотемпературныё материалы, которые являются различны ми цветами при различных температурах и позволяют повысить информативность преобразования: вещества с низкими (комнатными и даже отрицательными) значениями температуры Tg (С).

.Использование частично пропускаю- :щих излучение поглотителей позволяет . устранить низкие значения плотности импульсной мощности, обусловленные конечной скоростью отвода тепла из плохо теплопроводящего поглотителя.

Формула изобретения

1. Способ определения распределения плотности мощности в сечении пучка излучения, включающий облучение пучком излучения экрана, по изображению на котором определяют распределения плотности мощности в сечении пучка излучения, отли.чающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона исследуемого излучения и повьш ения точности, используют экран из материала, со храняюще- го цвет или свечение в указанном интервале температур, перед облучением устанавливают температуру экрана ниже заданного интервала температур и путем регулирования угла между экраном и пучком излучения получак«г изображения ряда эквиэнергетических уровней в сечении пучка, которые используют для определения распределения плотности мощности сечения пучка.

513091)86

2. Способ по п,1,отличаю- 3. Способ поп.1,отличаю- щ и И с я тем, что в качестве мате- щ и и с я тем, что в качестве материала экрана используют холестеричес- риала экрана используют цветотемпе- кие жидкие кристаллы.ратурные индикаторы.

Изобретение относится к оптике. Может быть использовано для преобразования непрерывного периодически изменяющегося и квазинепрерывного электромагнитного излучения и излучения пото- , ков частиц в видимое излучение и определения распределения плотности мощности 13 -г / S 6 (Л со о со 00