Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения Советский патент 1990 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано фи измерении энергии (мощности), положения и размеров лазерных пучков.

Цель изобретения - повышение точ- Ности измерений и одновременное расширение области применения устройства за счет обеспечения его использования как для пучков лазерного излучения с равномерным распределением плотности энергии по сечению пучка, так и с неравномерным и осенесиммет- ричным.

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства.

Устройство содержит установленные последовательно на одной оси первый диффузный рассеиватель 1, горизонтальную щелевую диафрагму 2, первый четырехсегментный фотоприемник 3.

Диффузный рассеиватель 1 выполнен Ј виде плоской квадратной пластины С шириной и высотой h. Прямолинейные взаимно перпендикулярные границы раздела сегментов фотоприемника 3 повер- нуты на угол 45 к горизонтали. Закороченные выводы верхнего и нижнего сегментов фотоприемника 3 служат выходом первого измерительного канала 4

Второй четырехсегментный фотоприем ник 5 второго измерительного канала 6 имеет прямолинейные взаимно перпендикулярные границы раздела сегментов. Установленный за вертикальной щелевой диафрагмой 7 третий четырехсегмент- ный фотоприемник 8 третьего измерителного канала 9 имеет также прямолинейные взаимно перпендикулярные границы раздела фотоприемников. Сегменты всех фотоприемников подключены к блоку 10 обработки сигналов фотоприемников. Излучение проходит в измерительный канал 4 через первый 11 и второй 12 |светоделительные элементы. Первый

5

0 5

0

з Q 5

светоделительный элемент 11 ответвляет часть излучения на измерительный канал 6, а второй светоделительный элемент 12 - на измерительный канал 9. Второй измерительный канал 6 содержит, кроме фотоприемника 5, дополнительный диффузный рассеиватель 13 и квадратную диафрагму 14. Горизонтальные и вертикальные стороны квадратного рас- сеивателя 13, стороны диафрагмы 14 и границы раздела сегментов фотоприемника 5 ориентированы параллельно соответственно горизонтальной оси ОХ и вертикальной оси OY. Выход каждого сегмента фотоприемника 5 является выходом второго измерительного канала 6. Третий измерительный канал 9 содержит, кроме вертикальной диафрагмы 7 и фотоприемника 8„ второй диффузный рассеиватель 15, который не отличается от рассеивателей 1 и 13. Фотоприемник 8 установлен так же, как фотоприемник 3. Соединенные выводы правого и левого сегментов фотоприем™ ника 8 служат выходом третьего измерительного канала 9. Ширина вертикальной щелевой диафрагмы и квадратной диафрагмы равна ширине горизонтальной щелевой диафрагмы. Диафрагмы 2, 14 и 7 в каждом из измерительных каналов 4,6 и 9 установлены на расстоянии а от соответствующего диффузного рас- сеивателя 1, 13, 15 и на расстоянии 1 , от соответствующего фотоприемника 3, 5 и 8, причем ширина d диафрагмы в каждом измерительном канале и высота li диффузного рассеивателя связаны соотношением

d (1,05-1,2) , a ,1Ch.

Плоскость координат XOY лежит в плоскости каждого диффузного рассеивате- . ля 1,13 и 15, обращенной к соответ- .

ствующему фотоприемнику 3,5 ч ды измерительных каналов 4, 6 и 9 подключены к блоку 10 обработки сигналов фотоприемников. Блок 10 содержит десять блоков вычитания, десять сумматоров, шесть блоков деления, десять блоков умножения, задатчик напряжения, масштабный преобразователь и регистратор. Выход первого измерительного канала 4 подключен к первому входу блока 16 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 17 деления. Сегмент I фотоприемника 5 второго канала подключен к первым входам сумматоров 18-21. Сегмент II подключен к первым входам двух дополнительных сумматоров 22, 23 и вторым входам сумматоров 18 и 19 Сегмент III подключен к первому входу третьего дополнительного сумматора 24, вторым входам сумматоров 21 , 22 и третьему входу сумматора 18. Сегмент IV подключен к вторым входам сумматоров 20, 23, 24 и четвертому входу сумматора 18. Выходы суммато- |ров 19, 24 подключены к входам блока |25 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 26 деления. Выходы сумматоров 20, 22 подключены к входам бока 27 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 28 деления. Выходы сумматоров 21, 23 подключены к входам блока 29 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 30 деления. Выход третьего измерительного канала подключен к первому входу блока 31 вычитания, выход которого подключен к первому входу блока 32 деления. Выход сумматора 18 подключен к вторым входам блоков 16, 31 вычитания, блоков 17, 26, 28, 30 и 32 деления. Выход сумматора 18 несет информацию об энергии пучка излучения. Задатчик 33. напряжения подключен к первым входам блоков 34, 35 вычитания, вторые входы которых подключены соответственно к выходам блоков 17, 32 деления. Выход блока 26 деления несет информацию об абсциссе энергетического центра. Выход блока 26 деления подключен к первому входу дополнительного блока 36 умножения и входу второго дополнительного блока 37 умножения, выход которого подключен к третьему входу блока 35 вычитания. Выход блрка 28 деления несет информацию об ординате энергетического

10

15

15395416

8. Выхо- центра. Этот пыхэд подключен к второму входу блока 36 умножения v зходу третьего дополнительного блока 38 умножения, выход которого подключен к третьему входу блока 34 вычитания. Выход блока 34 вычитднид подключен к первым входам блока 39 вычитания и четвертого, пятого дополнительных блоков 40, 41 умножения. Выход блока 35 вычитания подключен к вторым входам блока 39 вычитания и к первым входам шестого и седьмого дополнительных блоков 42, 43 умножения. Выход блока 39 вычитания подключен к первому входу блока 44 деления. Выход блока 36 умножения подключен к первому входу дополнительного блока 45 БЫЧИ- Д- ния. Выход блока 30 деления несет

20 информацию о втором смешанном моменте распределения и подключен к второму входу блока 45 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 44 деления и первому входу

25 восьмого дополнительного блока 46 умножения. Выход блока 44 деления несет информацию о тангенсе удвоенного угла с наклона главной оси сечения пучка к оси абсцисс. Выход

Зо блока 44 деления подключен к входу дополнительного масштабного преобразователя 47, который преобразует тангенс угла 2 таким образом, что на первом выходе блока 47 появляется величина sin2o, на втором выходе 35

sin2 bL. и на третьем - соз25С . Первый

40

45

выход блока 47 подключен к второму входу блока 46 умножения, второй выход блока 47 подключен к вторым входам блоков 43, 40 умножения5 третий выход блока 47 подключен к вторым входам блоков 42, 41 умножения. Выходы блоков 40s 42 умножения подключены к входам четвертого дополнительного сумматора 48, выход которого подключен к первому входу пятого дополнительного сумматора 49.Выходы бло- .ков 41, 43 умножения подключены к входам шестого дополнительного суммато- 5Q ра 50, выход которого подключен к первому входу второго дополнительного блока 51 вычитания. Выход блока 46 умножения подключен к вторым входам сумматора 49 и блока 51 вычитания. Выход сумматора 49 подключен к входу девятого дополнительного блока 52 умножения, выход которого содержит информацию о первом главном поперечном размере сечения пучка излучения.

55

10

15

блока 44 деления подключен к входу дополнительного масштабного преобразо вателя 47, который преобразует тангенс угла 2 таким образом, что на первом выходе блока 47 появляется величина sin2o, на втором выходе

sin2 bL. и на третьем - соз25С . Первый

0

5

выход блока 47 подключен к второму входу блока 46 умножения, второй выход блока 47 подключен к вторым входам блоков 43, 40 умножения5 третий выход блока 47 подключен к вторым входам блоков 42, 41 умножения. Выходы блоков 40s 42 умножения подключены к входам четвертого дополнительного сумматора 48, выход которого подключен к первому входу пятого дополнительного сумматора 49.Выходы бло- .ков 41, 43 умножения подключены к входам шестого дополнительного суммато- Q ра 50, выход которого подключен к первому входу второго дополнительного блока 51 вычитания. Выход блока 46 умножения подключен к вторым входам сумматора 49 и блока 51 вычитания. Выход сумматора 49 подключен к входу девятого дополнительного блока 52 умножения, выход которого содержит информацию о первом главном поперечном размере сечения пучка излучения.

5

Выход блока 51 вычитания подключен к входу десятого дополнительного блока 53 умножения, выход которого содержит информацию о втором главном поперечном размере сечения пучка. Выходы первого сумматора 18, второго блока 26 деления, третьего блока 28 деления, шестого блока 44 деления, девятого блока 52 умножения и деся- того блока 53 умножения подключены фоответственно к первому, второму и фретьему, четвертому, пятому и шестому входам регистратора 54. Позицией 55 обозначен,на чертеже исследуемый

источник лазерного излучения.

т

Используемый в устройстве масштабный преобразователь 47 выполнен из Трех блоков умножения, двух сумматоров, блока вычитания и блока деления На вход блока 7 поступает сигнал (равный tg2 Ы) и подается на вход Блока 56 умножения и первый вход блока 57 умножения. Выход блока 56 умножения (сигнал на котором равен tg2 2 & ) подключен к входу сумматора 58 (где к сигналу добавляется единица) . Выход сумматора 58 подключен ,к входу блока 59 умножения (на вы- , ходе которого сигнал равен $ 1 Выход блока 59 умножения подключен к входу блока 60 деления (сигнал на выходе которого становится равным

U6o - ......... .... ...т cos2oO . Выход

- 1 ь tg«2tf

блока 60 деления подключен к второму входу блока 57 умножения и входам блока 62 вычитания и сумматора 61. Выход блока 57 умножения, (в котором перемножаются сигналы tg2 и cos 2с/) служит первым выходом масштабного преобразователя 47. Выход блока 62 вычитания (в котором от 0,5 вычитается сигнал cos20{ , переданный по входу с коэффициентом передачи 0,5) является вторым выходом масштабного .преобразователя 47. Выход сумматора 61 (в котором сигнал cos2tf, переданный по входу с коэффициентом 0,5, суммируется со значением 0,5) служит третьим выходом масштабного преобразователя 47. Таким образом, на первом втором и третьем выходах преобразователя 47, на вход которого поступает сигнал, равный tg20(, формируются сигналы, соответственно равные sin2o(, sin2&, cos2u(.

0

Q

5 0

5

0

5

5

Устройство работает следующим образом.

Пучок излучения поступает через светоделительные элементы 11 и 12 на диффузные рассеиватели 1, 13 и 15 трех измерительных каналов 4, 6 и 9, в каждом из которых излучение рассе- ивается диффузным рассеивателем и через диафрагму попадает на приемную поверхность фотоприемника.

Известно, что пространственно- энергетические характеристики лазерного излучения, к которым относятся, например, величина энергии, координаты энергетического центра, размеры пучка излучения, могут быть определены с помощью начальных моментов распределения m00, m10, mot, т« , , . Количество определяемых моментов впрямую связано с конкретной задачей измерения характеристик пучка излучения и особенностями влияния среды применяемого диффузного рассеивателя на искажения проходящего сквозь нее пучка излучения. Первые из трех моментов характеризуют энергию, абсциссу и ординату энергетического центра Последние три момента позволяют определить размеры пучка излучения, даже если сечение пучка осенесимметрично и представляет собой, например, эллипс (или близкую к эллипсу линию уровня), повернутый относительно осей координат. Предлагаемое устройство и позволяет определить параметры сечения пучка излучения, представить его линии уровня уравнением в виде канонического уравнения эллипса с указанием угла поворота и положения начала выбранной для этого новой прямоугольной системы координат tj О1 fy с началом в энергетическом центре пучка.

Значения указанных моментов получают определением с помощью измерительных каналов 4, 6 и 9 интегральных характеристик и последующего их преобразования в блоке обработки сигналов фотоприемников. Формирование указанных интегральных характеристик в каждом из трех измерительных каналов осуществляется с помощью диффузного рассеивателя, диафрагм и четырех- сегментного фотоприемника.

Сигнал U0 с верхнего сегмента фотоприемника 3 определяется выражением

9 ,153954110

, о а сигнал с левого сегмеята фотоприемU& A 7j ) jO + -|р02 F(x,y)dS,ннка 8 описывается выражением

U, -АфЧ(1 -l.x)«F(x.y)dS.

где А iia .Sn

QТаким образом, на выходе третьего

to- коэффициент пропускания диф-измерительного кянрла 9 сигнал Ufe pa

фузных рассеивателей 1, 13вен сумме Пп + 11Л и определяется выра-и 15;Ю жением

п - чувствительность фотоприемни-. f i

ков 3, 5 и 8;U6 2А(|П(1 + 1 х )F(x,y)dS,

d(a-H) шSn

в 21 Сигналы со всех четырех сегментов

15 1,11,III,IV фотоприемнкка 5 поступаSn- площадь сечения пучка излу- ют на входы сумматора 18, а на выходе

чения, сформировавшегося насумматора сигнал с точностью до коэфвнутренней стороне диффузногоd

рассеивателя; фициента С А(у)2 равен энергии

F(x,y)- распределение энергии излу-20 излучения, т.е. чения в сечении на стороне

диффузного рассеивателя,U) 40 $ F(x,y)dS 4Ст„, 4CW.

обраиенной к фотоприемнику 3.5п

Сигнал UH с нижнего сегмента фото-Этот сигнал, несущий информацию

приемника 3 определяется выражением25 ° нУлевом моменте распределения, т.е.

величине энергии излучения, поступаUH A(i)|(1 - -y)2F(x,y)dS.ет на первый вход регистратора 54.

2 Sn BНа входы сумматора 19 поступают

Таким образом, на выходе первогосигналы % и U3, т.е. на его выходе

измерительного канала сигнал U, равенформируется сигнал

сумме Uf, + и и определяется выражени--.

ем U,9 2C J (1 + .x)F(x, y)dS.

Uy 2A(-J |(1 + -y2)F(x,y)dS;Ha ВХОДЬ1 су№1атора 24 поступают

,c сигналы Uq и Uc, т.е. на его выходе

Сигнал U2 с сегмента I фотоприемника35 формируется сигнал 5 описывается выражением

, 1 1U,24 2C (1 - 4fx)F(x, y)dS

иг ) J(1 + хХ1 t .y)F(x,y)dS;in В

n4Q причем сигналы Ujg и U поступают

Сигнал И5 с сегмента II фотоприемни-на блок 25 вычитания, на выходе котока 5 описывается выражениемрого формируется сигнал

()1 х)(1 -l,y)F(x,y)dS;у Й5 . Ј | хр( y)dg

$П45 Sn

Сигнал Ud с сегмента III фотоприемни-Этот сигнал Uftb-по ступает на перка 5 описывается выражениемвый БХОД блока 26 деления коэффици

тт A/di«r,. 1ч/. 1 , ,, ент передачи по которому устанавлиU4 А(1) (1 - .xXl - ry)F(x,y)dS;вается Б На второй вход блока 26

Сигнал иге сегмента IV фотоприемни-5° Д6ЛеНИЯ сигнал U « T e

ч- п м ина вьгходе сигнал равен первому моменка описывается выражением/

ту (абсциссе энергетического центи 1 /.1 т,/ ,.ра пучка лазерного излучения 5 All J(1 в х)(1 -g-y)F(x,y)dS.

JxF(x, y)dS

зп

JxF(x, y)dS

у -m - Y

Сигнал с правого сегмента фотопри- 55 26г / °

емника 8 описьшается выражением{п Х

Un . А(4)Ч(1 + 1 x)F(x,y)dS,КОТ°РЬ1Й на ВТ°Р°Й вхо«

В регистратора 54.

ка лазерного из

JxF(x, y)dS

у

г /

На входы сумматора сигналы Uft и Uв, т.е. формируется сигнал

1

U

чо

2С

I (1

п

+ -Ј-y)F ь

На входы сумматора 22 поступают сигналы U3 и U4, т.е. на его выходе формируется сигнал

U 2е 2С I (1 - -by)F(x, y)dS,

Sn

Сигналы U QO и HQO. поступают в блок 27 вычитания, на выходе кото рого формируется сигнал

UM ЈjyF(xf y)dS.

Sn

Этот сигнал поступает на первый вхоц блока 28 деления, коэффициент Передачи по которому сам установлен

равным В.

На второй вход блока 28 деления подается сигнал U &, т.е. на выходе Сигнал равен первому моменту m ... (одинате энергетического центра)

JyF(x, y)dS

U

28

- ffl

IF(X, y)ds

n

01

- V

9V

Этот сигнал поступает на третий вход регистратора 54.

На входы сумматора 21 поступают сигналы UQ, и Uq, т.е. на его выходе

формируется сигнал

U 51 2С | (1 + 2xy)-e(-Kt y)dS;

Sorr

На входы сумматора 23 поступают сигналы U,, и Us т.е. на его выходе

формируется сигнал

U13 2С 5 (1 - -Lxy)F(x, y)dS.,

п

Сигнал U Ј, и t% поступают на блок 29 вычитания, на выходе которого формируется сигнал

4С г50

U аз 4 S xyF(x, y)dS,

В2

Sn

который поступает на первый вход блока 30 деления, коэффициент передачи по которому установлен равным Вг. На второй вход блока 30 деления по- дается сигнал , т.е. на выходе блока 30 деления сигнал равен смешанному моменту

,./ xyF(x, y)dS

Ufto т„.

JF(X, y)ds

Sn

На первый вход блока 16 вычитания подается сигнал U(, на второй вход, коэффициент передачи по которому установлен 0,5 подается сигнал U % . На выходе блока 16 вычитания получают

0

5

0

5

U

ь

2Ј В2

| y2F(x, y)dS.

«m

Этот сигнал подается на первый вход блока 17 деления, на второй вход блока 17 подается сигнал U. По первому входу коэффициент передачи установлен В2, по второму - 0,5. На выходе блока 17 деления сигнал равен

Iy2F(x, y)dS

U

(7

mo2

IF(X, y)ds

Ьп

т.е. сигнал на выходе блока 17 деления представляет собой второй момент m Ой распределения, сформировавшегося на стороне диффузного рассеивателя 1, обращенной к фотоприемнику 3.

На первый вход блока 31 вычитания подается сигнал Иб, на второй вход, коэффициент передачи по которому установлен 0,5, подается сигнал U«$. На выходе блока 31 вычитания получаем сигнал,

0

5

U

ы

2С

В2

J xzF(x, y)dS,

Sn

который подается на первый вход блока 32 деления, на второй вход блока подается сигнал Uu . По первому входу коэффициент передачи установлен В2, по второму - 0,5, т.е. на выходе блока 32 деления сигнал равен второму начальному моменту m p распределения, сформированного на стороне диф- фузного рассеивателя 15, обращенной к фотоприемнику 8,

Јx2F(x, y)ds 5 F(x, y)dS Sn

muo.

Введение в устройство задатчика 33 напряжения позволяет иметь предварительную информацию о характеристиках диффузных рассеивателей 1 и 15, определенных экспериментально перед

установкой рассеивателей в устройство. Характеристика каждого рассеивателя имеет вид

G(z, t)z2dzdt

1 Јo

Я

G(z, t)

где G(z, t) осесимметричная функция описывающая прохождение пучка излучения через рассеивающую среду.

Измеренные характеристики

m . y)ds ит - b2F(x,y)dS т10- -t и т0Ј-

jF(x, y)dSJ F(x,y)dS

Snbn

характеризуют распределение излучения на стороне каждого диффузного рассеивателя 1 и 15, обращенной соответственно к фотоприемникам 3 и 8. Измеренные характеристики отличаются от исследуемых, т.е. от характеристик падающего на диффузный рассеиватель излучения источника 55. Исследуемое распределение F (х , у1) связано с распределением, измеряемым F(x,y) соотношением:

F (X , у ) J jF(x,y)G(x -x,y -y)dxdy со

используя которое можно показать, что вторые начальные моменты распределения Fr(x, у X связаны с измеренными с помощью соотношений:

m

го

тад- 6

тог т

05 |.

Если не учитывать влияния бэна измерение размеров пучка, погрешность определения возрастает (и может достигать 50 и даже 100% в случаях малых размеров пучка). Введение поправки к определению второго начального момента распределения т обеспечивается в устройстве тем, что сигнал с выхода блока 17 деления поступает на пер- вый вход блока 34 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 33 напряжений. Сигнал с выхода блока 28 деления m04 , подается на вход блока 38 умно- жения, где возводится в квадрат, с выхода которого подается на третий вход блока 34 вычитания. Этим обеспечивается определение второго

10

,,

2Q

25 зо

5

0

центрального момента распределения w 0,ji. На выходе блока 34 вычитания сигнал равен U 34 то-г $э , f4Q2 ( fry)2 .

Сигнал с выхода блока 32 деления поступает на первый вход блока 35 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 33 напряжения. Этим обеспечивается введение поправки к определению второго начального момента т Сигнал с выхода блока 26 деления подается на вход блока 37 умножения, где возводится в квадрат и подается на третий вход блока 35 вычитания. Этим обеспечивается центрирование начального момента т40. На выходе блока 35 вычитания сигнал равен второму центральному моменту ((Ч Q0)

U зб т«о-б1- Xe9M,|4iP ()2.

Сигналы Uj,,, и U-55 поступают на входы блока 28 вычитания, на выходе которого сигнал равен U,3 Этот сигнал поступает на первый вход блока 44 деления. Сигналы UQ6H U подаются на входы блока 36 умножения, на выходе которого сигнал равен 1)зь . Этот сигнал поступает на первый вход блока 45 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал Uao .

На выходе блока 45 вычитания сигнал равен

U45 Кку X3li Y9u,,

который подается на второй вход блока 44 деления. По этому входу коэффициент передачи установлен равным 2. На выходе блока 44 деления сигнал равен

2(;%:ffiw tS2.

f чу

Этот сигнал равен тангенсу удвоенного угла&, определяющего ориентацию осей симметрии эллипса относительно осей координат ХОУ. Сигнал U4 подается на четвертый вход регистратора 54 и вход масштабного преобразователя 47. Сигнал U4S подается на первый вход блока 46 умножения, на второй вход которого подается сигнал с первого выхода масштабного преобразоватепя 47, равный sin2 oC На выходе блока 46 умножения сигнал равен

U4b KYysin2o(.

На входы -блока 43 умножения поступают сигнал U25- к сигнал с второго выхода масштабного преобразователя 47, равный sin2oi, а сигнал на выходе блока 43 умножения равен

IL ,

На входы блока 40 умножения подаются сигнал U VI и сигнал с второго блока 475 а на выходе этого блока Сигнал равен

U 40 ysin2bi,

На входы блока 42 умножения пода- ются сигнал сигнал с третьего выхода масштабного преобразователя 47 равный cos2c(, а на выходе этого блока сигнал равен

U 42 &l cos2ot.

На выходы блока 41 умножения подаются сигнал U 3l(| и сигнал с третьего выхода блока 47, а сигнал на выходе этого блока равен

U41 S lcos2.

Сигналы U 42 и U/}o подаются на входы сумматора 48, на выходе которого сигнал равен .

-.12

U)8 (эцсоз2 + Sysin2.

Этот сигнал поступает на первый вход сумматора 49, на второй вход которого поступает сигнал U/J6. На выхо- де сумматора 49 сигнал равен

U

49

oicos2oi + KvUsin2 + Susin2 oi 6f«

Этот сигнал подается на вход бло- 45 ка 52 умножения, на выходе которого сигнап равен

иб2 .

Сигнал с выхода блока 52 поступа- 50 ет на пятый вход регистратора 54. Этот сигнап определяет величину б , т„е. главный размер по первой из осей симметрии эллипса. Сигналы U и подаются на входы сумматора 50, на ходе которого сигнал равен

U 50 S x2sin2o/

+ Gfcos d.

0

5

20

30

35

40

45

50 55

Этот сигнал поступает на первый вход блока 51 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал . На выходе блока 51 вычитания сигнал равен

US( (;Јsin2o( - Kn4sin2o(-f + 6 coseot Ц.

Этот сигнал подается на вход бло-, ка 53 умножения, на выходе которого формируется сигнал . Это размер эллипса по второй оси симметрии. Сигнал U53 подается на последний шестой вход регистратора 54, который регистрирует все соответствующие параметры лазерного излучения. i

Совокупность шести измеренныхi

характеристик содержит достаточную для практических целей информацию о пучке лазерного излучения: энергию пучка, положение энергетического центра, размеры и ориентацию как осе- симметричного, так и осенесимметрич- ного (например, вытянутого в одном из направлений) сечения пучка излуче - ния.

Использование задатчика напряжений для введения поправок на величину 9 при определении вторых начальных моментов позволяет исключить погрешность измерений, вызванную влиянием среды диффузного рассеивателя на анализируемое распределение плотности энергии излучения.

Контроль характеристик сечения пучка излучения в двухмерном пространстве позволяет определить энергию, положение энергетического центра, размеры и ориентацию сечения пучка за одно измерение. Это позволяет использовать устройство для определения характеристик импульсного излучения в течение одного импульса. При этом исключается погрешность измерений, связанная с изменением распределения плотности энергии пучка излучения от импульса к импульсу.

Формула изобретения

Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, содержащее установленные последовательно на одной оси первый диффузный рассеива- тель, горизонтальную щелевую диафрагму и первый четврехсегментный фотоприемник, имеющий прямолинейные взаимно.

перпендикулярные границы раздела сегментов, составляющие угол 45° с горизонталью, причем указанные рассеиватель, диафрагма и фотоприемник образуют первый измерительный канал, второй четырехсегментный приемник, который составляет второй измерительный канал, установленные последовательно на другой оси вертикальную щелевую диафрагму и третий четырех- сегментный фотоприемник, образующие третий измерительный канал, блок обработки сигналов фотоприемников, включающий четыре сумматора, восемь блоков вычитания, шесть блоков деле- 1ния и регистратор, горизонтальная щелевая диафрагма в первом измерительном канале установлена на расстоянии а от диффузного рассеивателя и на расстоянии 1 от фотоприемника, причем ширина d щелевой диафрагмы и высота h диффузного, рассеивателя связаны соотношениями

(1,05-1,2)

lh а -И

a 10h,

отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения и одновременного расширения об- ласти применения устройства, в устройство дополнительно введены два светоделительных элемента, установленные последовательно перед первым измерительным.каналом, второй диффуз- ный рассеиватель и квадратная диафраг ,ма, установленные во втором измерительном канале1 перед фотоприемником по ходу ответвленного первым светоде- лительным элементом излучения, третий диффузный рассеиватель, установленный в третьем измерительном канале перед- вертикальной щелевой диафрагмой по ходу ответвленного вторым светоделк- тельным элементом излучения, в блок обработки сигналов фотоприемников дополнительно введены шесть сумматоров, два блока вычитания, десять блоков умножения, задатчик напряжения и масштабный преобразователь, причем второй фотоприемник имеет прямолинейные, взаимно перпендикулярные границы раздела сегментов, ориентированные одинаково со сторонами квадратной диафрагмы и второго диффузного рассе- ивателя, третий фотоприемник аналогичен первому фотоприемнику, диффузный рассеиватель, диафрагма и фотоприемник во втором и в третьем измеритель10

15

0

5

0 5 о 5 ,,

ных каналах установлены на тех же расстояниях друг от друга, что и в первом измерительном канале, пикрина вертикальной и квадратной щелевых диафрагм равна ширина горизонтальной диафрагмы и свкзаля с размерами соответственно диффузного рассеивателя теми же соотнеюгниями, что и в первом канале, при этом верхний и нижнчй сегменты первого фотоприемника подключены к первому входу первого блока вычитания, выход которого подключен к первому входу первого блока деления, верхний правый сегмент второго фотоприемника подключен к первым входам первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, тижнич плануй сегмент второго фотопркемникз подключен к вторым входам первого, второго сумматоров и к первым входам пятого и шестого сумматоров, нижний левый сегмент второго фотоприемшжа подключен к третьему входу первого сугдаа- i тора и к втооьк; входам четвертого и

пятого сумматоров, верхний левый сегмент второго фотоприемника подключен к четвертому входу первого сумматора, вторым входам третьего, шестого и седьмого суммяторов, выходы второго и седьмого сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам второго блока вычитания, выход которого подключен к перво.му входу второго блока деления, выходы третьего и пятого су маторов подключены соответственно к первому и второму входам третьего блока вычитания, выход которого подключен к первому входу третьего блока деления, выходы четвертого и шестого сумматоров подключены соответственно к первому и второму входам четвертого блока вычитания, выход которого подключен к первому входу четвертого блока деления, левый и правый сегменты третьего фотоприемника подключены к первому входу пятого блока вычитания, выход которого подключен к первому входу пятого блока деления, выход первого сумматора подключен к вторым входам первого и пятого блоков вычитания, первого, второго, третьего, четвертого и пятого блоков деления и к первому входу регистратора, за- датчик напряжения подключен к первым входам шестого и седьмого блоков вычитания, вторые входы которых подклю- чены соответственно к выходам перво

го и пятого блоков деления, выход второго блока деления соединен с вторым входом регистратора и подключен к первому входу первого блока умножения и входу второго блока умножения, выход которого подключен к третьему входу седьмого блока вычитания, выход третьего блока деления соединен с третьим входом регистратора и подключен к второму входу первого блока умножения и входу третьего блока умножения, выход которого подключен к третьему входу шестого блока вычитания, выход которого подключен к первым входам восьмого блока вычитания, четвертого и пятого блоков умножения, выход седьмого блока вычитания подключен к второму входу восьмого блока вычитания и к первым входам шесто- го и седьмого блоков умножения, выход Восьмого блока вычитания подключен к первому входу шестого блока деления выход первого блока умножения подключен к первому входу девятого блока вычитания, выход четвертого блока деления подключен к второму входу девятого блока вычитания, выход которого Подключен к второму входу шестого .блока деления и первому входу восьмого блока умножения, выход шестого блока деления соединен с четвертым входом регистратора и подключен к входу масштабного преобразователя, первый выход которого подключен к второму входу восьмого блока умножения, второй выход подключен к вторым входам четвертого и седьмого блоков умножения, третий выход подключен к вторым входам пятого и шестого блоков умножения, выходы четвертого и шестого блоков умножения подключены соответственно к первому и второ

0

5

0 о

5

0

35

му входам восьмого сумматора, выход которого подключен к первому входу девятого сумматора, выходы пятого и седьмого блоков умножения подключены соответственно к первому и второму входам десятого сумматора, выход которого подключен к первому входу девятого блока вычитания, выход восьмого блока умножения подключен к вто- рым входам девятого сумматора и десятого блока вычитания, выход девятого сумматора подключен к входу девятого блока умножения, выход которого является пятым входом регистратора, выход десятого блока вычитания подключен к входу десятого блока умножения, выход которого является шестым входом регистратора, при этом масштабный преобразователь содержит одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый блоки умножения, десятый и одиннадцатый сумматоры, седьмой блок деления и одиннадцатый блок- вычитания, причем вход одиннадцатого блока умножения и первый вход двенадцатого блока умножения соединены с входом масштабного преобразователя, выход одиннадцатого блока умножения соединен с входом десятого сумматора, выход которого подключен к входу тринадцатого блока умножения, выход последнего соединен с входом седьмого блока деления, выход седьмого блока деления соединен с вторым входом двенадцатого блока умножения и входами одиннадцатого блока вычитания и одиннадцатого сумматора, выходы двенадцатого блока умножения, одиннадцатого блока вычитания и одиннадцатого сумматора являются соответственно первым, вторым и третьим выходами масштабного преобразователя.

Изобретение относится к области технической физики, а именно к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, и может быть использовано при измерении энергии (мощности), положения и размеров световых пучков. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение области применения устройств за счет возможности измерения характеристик как однородных световых пучков, так и неоднородных и осенесимметричных. Устройство содержит три измерительных канала 4,9,6, в каждом из которых установлены диффузные рассеиватели 1,15,13, диафрагмы 2,7,14 и секторные фотоприемники 3,8,5 соответственно. Блок 10 обработки в течение одного измерения производит обработку сигналов измерительных каналов, в результате которой вычисляется энергия светового пучка, положение энергетического центра, размеры и ориентация как осесимметричного так и осенесимметричного пучка. 1 ил.