Способ измерения радиуса кривизны волнового фронта лазерного пучка Советский патент 1992 года по МПК G01N21/01 

со

05 05 САЭ

Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может быть использовано в адаптивных оптических системах фокусировки импульсного лазерного излучения на удапенные объекты для измерения раш1уса кривизны волнового фронта начального поля излучения лазерного генератора.

Цепью иэоб е е1гая является снижение энергетических потерь и упрощение измерений р адиуса кривизны волнового фронта лазерного излучения с повышенной энергией,;15

На фиг,1 гфиведена блок-схема устройства дпя реализации способа; на фиг,2 - схема формирования пучка.

Устройство содержит синхронизатор 1, лазерный генератор 2 адаптивную 20 оптическую систему 3, приемную оптическую систему 4, матрицу 5 приемников оптического излучения, временной селектор 6, измеритель 7 размеров изображения принимаемого сигнала и 25 измеритель 8 радиуса кривизны волнового фронта.

Принцип.работы устройства поясняется фиг,2, где в приближении геометНл распростране1ше прямого пысоко- интенсивного лазерного излучения оказывает, влияние тепловое самовоздействие и турбулентность, а на слабоинтенсивный сигнал обратного рассеяния - турбулентность. Поэтому проводилась оценка влияния теплового самовоздействия и турбулентности. Расчеты проводились лля наиболее типичных характеристик пучка с повышенной энергией излучения и параметров ее приемопередающего тракта. Длина волны 8 , радиус кривизны волнового фронта F от 10 м до бесконечности, параметр нелинейности варьировался от 10 до 10 , структурная характеристика флуктуации диэлектрической проницаемости воздуха последовательно задавалась от до эффективные радиусы передающей и приемной апертур 0,5 м, расчеты проводились для плоскости резкого изображения, В результате проведенных расчетов установлено, что при дальности приема меньшей длины R нелинейности (L-iRy) максимальное значение ин- тенси.вности принимаемого сигнала уменьшается на 5% вследствие влияния

рической оптики показана схема форми-30 теплового самовоздействия и турбулент- рования сфокусированного лазерногоности атмосферы при неблагоприятных

пучка в плоскости XQY, где М - из- лучагацая апертура источника, дуга

условиях распространения При этом изменение размеров изображения принимаемого сигнала и смещение координат его энергетического центра не превьппает 1%.

BD - фазовое рас11редеяение начальног поля источника с радиусом кривизны F BD B D on, СС - линейный размер поперечного сечения пучка на расстоянии 00 L от источ шка. Из простых геометрических соотношений величина F для апертур, использую- щихся на практике (М 1 м)-, и

АА

расстояний L 1 км Из этого выражения следует, что для определения радиуса кривизны вонового фронта начального поля источника необходимо измерение линейных размеров излучающей апертуры и поперечного сечения лазерного пучка на расстоянии L,

Линейные размеры излучакщей -апертуры могут .быть измерены известными методами и являются паспортной характеристикой лазерного генератора. Для измерения линейных размеров поперечного сечения пучка на некотором расстоянии от источника () в изобретй гаи используется сигнал обраного рассеяния.

Нл распростране1ше прямого пысоко- интенсивного лазерного излучения оказывает, влияние тепловое самовоздействие и турбулентность, а на слабоинтенсивный сигнал обратного рассеяния турбулентность. Поэтому проводилась оценка влияния теплового самовоздействия и турбулентности. Расчеты проводились лля наиболее типичных характеристик пучка с повышенной энергией излучения и параметров ее приемопередающего тракта. Длина волны 8 , радиус кривизны волнового фронта F от 10 м до бесконечности, параметр нелинейности варьировался от 10 до 10 , структурная характеристика флуктуации диэлектрической проницаемости воздуха последовательно задавалась от до эффективные радиусы передающей и приемной апертур 0,5 м, расчеты проводились для плоскости резкого изображения, В результате проведенных расчетов установлено, что при дальности приема меньшей длины R нелинейности (L-iRy) максимальное значение ин- тенси.вности принимаемого сигнала уменьшается на 5% вследствие влияния

0 теплового самовоздействия и турбулент- ности атмосферы при неблагоприятных

5

5

Q

50

55

условиях распространения При этом изменение размеров изображения принимаемого сигнала и смещение координат его энергетического центра не превьппает 1%.

Устройство работает следующим образом.

Лазерный генератор 2 генерирует последовательность импульсов оптического излучения, которые, пройдя через адаптивную оптическую систему 3 (юрмирования пучка, направляются на удаленный объект. Пучок, распространяясь в атмосфере, рассеивается на ее компонентах, и сигнал обратного рассеяния через приемную оптическую систему 4 поступает на матрицу 5 приемников оптического излучения, С выхода последней с помощью временного селектора 6, работа которого с помощью синхронизатора 1 привязывается к периоду повтбрения импульса, выделяется сигнал, соотэетструющий заднему фронту каждого излучаемого импульса. При этом длительность каждого сигнала равна длительности cTjio- бирующего импульса, выбираемой из условия обеспечения минимальной ошибки

измерения, а дальность приема задается априорно не превышающей длину нелинейности. В измерителе 7 размеро изображения принимаемого сигнала для каждого импульса, поступающего из временного селектора 6, измеряются размеры изображения, по которым в измерителе 8 радиуса кривизны волнового фронта определяется искомый радиус кривизны волнового фронта каждого излучаемого импульса.

В ртличие от протЬтипа в данном решении не требуется принудительного отвода части излучаемой энергии в измерительное устройство, так как дпя измерения радиуса кривизны волнового фронта предлагается использовать инфор мативные свойства сигнапа обратного рассеяния. Это позволяет снизить энергетические потери, а также упростить реализацию способа измерения радиуса кривизны волнового фронта лазерного пучка.

Формула изобретения

Способ измерения радиуса кривизны волнового фронта лазерного пучка, заключающийся в том, что формируют

0

0

5

лазерный пучок и измеряют хлрактерис- тнки поперечного сечения пучка, по которым рассчитывают радиус кривизны волнового фронта, отличающий- с я тен, что, с целью снижения энергетических потерь и упрощения измерений для лазерных пучков с повьменной энергией, перед измерениями регистрируют излучение, рассеянное атмосферой в обратном направлении с расстояния LJ не превышающего длину нелинейности, по характеристикам указанного излучения измеряют размеры поперечного сечения пучка на рагстоянии L от излучакчцей апертуры, определяют угловое приращение между размерами излучающей апертуры и размерами поперечного сечения пучка на расстоянии L, а радиус кривизны волнового фронта лазерного пучка F рассчитывают по отношению размеров излучакщей апертуры к их угловому приращению по формуле

F.L-S- ,

а - а

где а, йр - эффективные радиусы излучающей апертуры и поперечного сечения пучка иа расстоянии L от нее соот- 0 ветственно.

Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может использоваться в адаптивной оптике. Цель изобретения - снижение энергетических потерь и уп- рошение измерений для лазерного излучения высокой энергии. Цель достигается тем, что по размерам сигнала обратного рассеяния определяется размер лазерного пучка на даг.ьнос- ти, менычей длины нелинейности. Радиус кривизны волнового фронта оп- ределяется отношением размера излучающей апертуры к угловому приращению между размером излучающей апертуры и размером сечения пучка. 2 ил. в

9иг.1

в

А X