Способ измерения радиуса пространственной когерентности Советский патент 1992 года по МПК G01J3/00 

Изобрртетше относится к области иэмерепип параметров лазерного излучения и может быть пспольэовяно для дистанционного измерения радиуса про странственной когерентности источников ннфракрясного излучения произволной мощности.

Целью изобретения является достижение дистанционности и повьппение оперативности измерения радиуса пространственной когерентности.

На чертеже изображена схема ройства, реализующего способа измере ния радиуса пространственной коге- рентности лазерного излучения.

Исследуемое излучение от Лазера 1 с помощью оптич.еской системы 2 фокусируется в области 3 рассеиваю щей среды. Рассеянное средой излучение через приемные апертуры 4,5 принимают фотаприемники 65 7, где излучение преобразуется в электрические сигналы. С помощью строб-блока 8 и комму таторов 9,10.«а коррелометр 1 посту пают электрические сигна1ЛЫ9 пропорциональные интенсивности излучения, рассеянного из области 3 фокусировки Ияменяя расстояние между приемниками или установив несколько прием- НИКОВ на разньж расстояниях относительно друг друга, определяют такое расстояние р, между точками приема рассеянного излучения, при котором сорреляционная функция В|{р) интен- сивностей рассепиного излучения 1 и 1-, принятого через приемные апертуры 4 и 5, ут1еньшается в га раз по сравнению со своим значением при расстоянии р и 0.

Корреляционная функция Е,(р) определяется осреднением обозначаемым знаками :

В,(р) ° (I4 ,) (Is - «:Т5).

Обычно принимают m ™ , где

е - основание натуральных логариф

мов р или m « 1 /2,

Радиус когёрентттости р определяют по формуле PI, р, (-lnm).. Средний размер р частично когерентного Пучка ка расстоянии L от источи и а п турбулентной атмосфере оп- ределяются формулой

р „.:п--и(-Ь-

.

где а - радиус излучающей апертуры оптической системы 2; F - радиус кривизны волнового фронта в центре

«I

излучающей япертуры; k ,

Л- длина волны; р (1 ,45k C L) - радиус когерентности плоской волны; Си - структур ная характеристика флуктуации показателя преломления.

Если частично когерентное излучение фокусируется (--- 1) большой

апертурой fZ оптической системы 2

ka 52 ,1 на заданной дальности

Jj

L, то первое слагаемое (геометрический размер) обращается в ноль, а второе оказьгеается пренебрежимо мало по сравнению с трет ьим.

В многомодовых лазерных Пучках, возбуждаемых я сферическом резонаторе лазера,

Р«

- /2 „N,

где N, - число поперечных мод, а отношение третьего слагаемого ко второму равно - N, следовательно, вторым слагаемым можно пренебречь

Последнее слагаемое определяет влияние турбулентности на средний размер пучка. Пусть L 10 м, а - 5. м, 10,6-10 м. При этом

,-2 Q 6-10 и условие Q 1 вьтолнено.

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда Сц ы, 10 м . Тогда для радиуса р получаем оцен- ку ро 0,37 м, а отношение третьего слагаемого к четвертому оказьгоает- ся равно (рк/рд) ,3 N, . Поэтому четвертым слагаемым также можно пренебречь, В итоге имеем

л,Ь-Р

Из-за случайного положения большого числа в рассеивающей области интен- сивногть рассеянного излучения является Гауссовой случайной величиной, корреляционная функция которой определяется в виде В,(р) } r,j (р)| , где 1 - функция взаимной когерентности рассеянного излучения. Вследствие этого в плоскости наблюдения яоз- ни.кает случайная пятенная кяртнма

с характерным размером неоднороднос- тей п, , где р, - радиус корреляции флуктуации интеисивности р, L/

).

Поскольку РВ

ГТГ радиус Рс :

когерентности поля рассеянного излучения совпадает с радиусом рц когерентности источника, т.(. р Рк величина р, связана с ним соотношением р.

р / л. Отсюда р р, / . Эта формула соответствует значению m 1/е.

В то же время в ГОСТ 24А53-80 Измерение параметров и характерис

тик лазерного излучения, термины и определения и буквенные обозначения радиус пространственной когерентн ос- ти определяется как расстояние между точками, при котором степень пространственной когерентности принимает значение, равное 1/2. Тогда формула для р принимает вид р Р(J 1/2) / . Если же масштабы р, и рц определять по убьгоанию соответствующих функций в m раз, то

.р р, (-In т)/л1Т, ( или

m

е

Дистанционность измерений обеспечивается приемом рассеянного излучения из областя фокусировки, что поз- воляет увеличить отношение сигнал/ /шум и соответственно увеличить дальность измерений.

Повьш1ение оперативности измерений достигается за счет непосредст- венного определения искомого параметра по показаниям коррелометра, что позвбляет измерять искомый параметр, практически в реальном времени.

Пример соотношения параметров, Пусть L 10, ар I м, А 10,6

9705

, тогда р,

г ь и

4 Ю-

г/i

V4

in

м , N, 10 , 2,5 см. Для устранения усредняющего действия приемников мй флуктуации интенсивности рассеяняо- го излучения входные апертуры должны иметь размеры а 0,25 см, а расстояние между ними должно изменяться в пределах 0,5 js р, 5 см.

Изобретение позволяет проводить измерения радиуса когерентности излучения большой мощности, так как используется рассеянное излучение. Увеличивается также разрешающая спо собность, которая при фотографической регистрации ограничена мощностью исследуемого излучения за счет насьш1е ния фотоматериалов. 20

5

5

0

Формула из обретения

Способ измерения радиуса пространственной когерентности лазерного излучения, заключающийся в освещении рассеивающего объекта исследуемым .. лазерным излучением,фокусировке этого излучения на объекте и регистрации рассеянного излучения,о т л и - .чающийся тем,что,с целью достижения дистанционности и повьш1ения оперативности,рассеянное излучение принимают из области фокусировки исследуемого излучения одновременно по крайней мере в двух точках, преобра- ЗУ1ЭТ интенсивности рассеяиного излучения в электрические сигналы, определяют их взаимиую корреляционную функцию, а радиус пространственной когерентности р определяют по расстоянию р, между точками приема рассеянного излучения, при котором корреляционная функцня уменьшается в m раэ по формуле

PR р, (-In т).

/ Je 8

Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может быть использовано для дистанционного измерения радиуса пространственной когерентности источников инфракрасного излучения произвольной мощности. Цель изобретения - обеспечение дистанционности и повышение оперативности измерений. Для измерения радиуса пространственной когерентности исследуемого излучения лазерный пучок фокусируют с помощью оптической системы в выделенной области рассеивающей среды, рассеянное излучение из области фокусировки принимают по крайней мере в двух точках одновременно, излучение регистрирутот и преобразуют в электрические сигналы, определяют их взаимную корреляционную функцию, радиус пространственной когерентности рц определяют по расстоянию 6, меяоду точками приема рассеянного излучения, при котором корреляционная функция уменьшилась в m раз, по формуле р р, (- ln-ni), где то - 1/е или 1/2. Прием рассеянного излучения из области фокусировки исследуемого излучения, где плотность .излучения максимальна, позволяет увеличить отношение сигнал/шум и соответственно увеличит дальность измерений. Измерение радиуса простран,ственной когерентности возможно На расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. 1 ил. i (Л С