Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения Советский патент 1990 года по МПК G01J5/20 

Изобретение относится к измерительной технике,в частности к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, может быть использовано при аттестации средств измерений относительного распределения плотности энергии (мощности) в поперечном сечении пучка лазерного излучения для определения пространственной неравномерности сечения пучка излучения и является усовершенствованием устройства по авт. ев с 1481603.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже представлена блок-схема устройства для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.

Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения содержит установленные по ходу оптического излучения щелевую диафрагму 1, расположенную на диффузном рассеивате- ле 2, первую 3, вторую 4, третью 5 модулирующие щелевые диафрагмы, каждая из которых установлена перед соответствующим четырехсегментным фото- .приемником 6-8, измерительный канал 9, содержащий первый 10, второй 11 сумматоры, первый 12, второй 13 блоки вычитания, первый 14, второй 15 блоки деления; второй измеритель-, ный канал 16, содержащий сумматор 17, первый 18, второй 19, третий 20 блоки вычитания,-первый 21, второй 22 блоки деления; третий измерительсд

00 00 Q1 00

1Ч

ный канал 23, содержащий сумматор 24 первый 25, второй 26, третий 27 блоки вычитания, первый 28 и второй 29 блоки деления.

Оси каждой из модулирующих щелевых диафрагм 3-5, составляют с осью щгпевой диафрагмы 1 на рассеивателе 2 пару скрещивающихся под углом 90° прямых, расположенных в параллельных плоскостях, а центры этих щелевых диафрагм лежат в плоскости, перпендикулярной щелевой диафрагме 1 и проходящей через ее центр, на расстоянии радиуса а от центра щелевой диафрагмы I, Ширина d каждой модулирующей щелевой диафрагмы 3-5, расстояни 1 между ее центром и центром приемной поверхности соответствующего фотоприемника 6-8 (в данном измерительном канале) и высота h щелевой диафрагмы 1 связаны соотношениями

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

Форма границы раздела между сегментами фотоприемников 6-8 описана

, 2ч-1

где п функцией вида у номер канала„

Фотоприемник 6 содержит четыре сегмента.

Первый сегмент расположен вдоль положительного направления оси Y, четвертый сегмент осесимметричен первому сегменту, а второй и третий сегменты расположены вдоль оси X.

Пятьй сегмент фотоприемника 7 расположен вдоль положительного направления оси YJ а шестой сегмент фотоприемника 7 - осесимметрично пятому сегменту.

Седьмой сегмент фотоприемника 8 расположен вдоль положительного направления оси Y а восьмой сегмент фотоприемника 8 - осесиметрично седьмому сегменту.

Первый сегмент фотоприемника 6 подключен к первому входу сумматора 10, первому входу сумматора И и к первому входу блока вычитания 13, а сегменты второй и третий фотопркем- ника 6 подключены к второму входу сумматора 10, выход которого подключен к первым входам блоков 12, 18, 25 вычитания, блоков 14,15, 21,22, деления 28,29 и к первому входу блока 30 обработки информации.

Четвертый сегмент фотоприемника 6 подключен к вторым входам сумматора

11 и блока 13 вычитания и к третьему входу сумматора 10.

Выход сумматора 11 подключен к второму входу блока 12 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 14 деления и к вторым входам блоков 18 и 25 вычитания.

Выход блока 13 вычитания подклю- чен к первым входам блоков 20 и 27 вычитания и к второму входу,блока 15 деления.

Пятый сегмент фотоприемника 7 подключен к первым входам сумматора 17 5 и блока 19 вычитания, выход KOTOpoio подключен к второму входу блока 20 вычитания, выход которого подключен к вторым входам блока 22 деления и блока 27 вычитания.

0 Шестой сегмент фотоприемника 7 подключен к второму входу блока 19 вычитания и к второму входу 17 сумматора, выход которого подключен к третьему входу блока 18 вычитания, 5 выход которого подключен к второму входу блока 21 деления и к третьему входу блока 25 вычитания,

Седьмой сегмент фотоприемника 8 подключен к первому входу сумматора 0 24 и к первому входу блока 26 вычитания, выход которого подключен к третьему входу блока 27 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 29 деления.

5 Восьмой сегмент фотоприемника 8 подключен к второму входу блока 26 вычитания и к второму входу сумматора 24, выход которого подключен к четвертому входу блока 25 вычитания, 0 выход которого подключен ко второму входу блока 28 деления.

Выходы всех блоков 14,15,21,22, 28,29 деления представляют собой соответствующие выходы измерительных 5 каналов 9,16,23.

Рассеиватель 2, щелевая диафрагма 1, модулирующие щелевые диафрагмы 3-5 и фотоприемники 6-8 жестко установлены в едином корпусе 31, ко- 50 торый снабжен приводом 32 вращения корпуса вокруг оси, перпендикулярной плоскости рассеивателя 2 и проходящей через центр щелевой диафрагмы 1 .

55 Выход блока 14 деления подключен к первому входу блока 33 вычитания, выход которого подключен к второму входу блока 30 обработки информации

и первым входам умножителей ЗА и 35. Выход блока 15 деления подключен к третьему входу блока 30 обработки Выход блока 31 деления подключен к первому входу блока 36 вычитания, выход которого подключен к четвертому входу блока 30 обработки информации и к первому входу умножителя 37. Выход блока 22 деления подключен к первому входу блока 38 вычитания, выход которого подключен к пятому вход блока 30 обработки информации и первому входу умножителя 39. Выход блока 28 деления подключен к первому входу блока 40 вычитания, выход которого подключен к шестому входу блока 30 обработки информации. Выход блока 29 деления подключен к первому входу блока 41 вычитания, выход которого подключен к седьмому входу блока 30 обработки информации. Выход задатчика 42 напряжения подключен к второму входу блока 33 вычитания, вторым входам умножителей 34,37, 39 и к первому входу умножителя 43,- выход которого подключен к второму . входу блока 38 вычитания. Выход задатчика 44 напряжения подключен к второму входу блока 36 вычитания, .. второму входу умножителя 35 и первому входу умножителя 45, выход кото- jporo подключен к второму входу бло- jjca 4i вычитания. Выход задатчика 46 напряжения подключен к второму входу блока вычитания 40. Выход блока 15 деления, кроме того, подключен к вторым входам умножителей 43 и 45. Выход умножителя 34 подключен к третьему входу блока вычитания 36. Выходы умножителей 35 и 37 подключены соотг- ветствеино к третьему и четвертому входу блока 40 вычитания. Выход умножителя 39 подключен к третьему входу блока 41 вычитания. Позицией 47 обозначен источник исследуемого пучка излучения.

Устройство работает следующим образом.

Пучок излучения поступает на вход устройства - щелевую диафрагму 1 с. рассеивателем 2. Щелевая диафрагма 1 выделяет только часть пучка в виде узкой полосы вдоль оси Y. Излучение рассеивается диффузным рассеивателем 2 и через модулирующие диафрагмы 3-5 попадает на соответствующие четырех- сегментные фотоприемники 6-8.

Определение моментов распределения с помощью трех измерительных каналов 9, 16 и 23 описано в основном изобретении.

В предлагаемом устройстве на выходах блоков 14, 21, 22, 28 к 29 деления формируются сигналы т , т , т ,

п. и т , где т , -i - моменты функции

Ь 5

распределения. Сигналы с выхода сумматора 10 -и блока 15 деления проходят непосредственно на соответственно первый и третий входы блока 30 об5 работки информации, поскольку энергия m (нулевой момент функции распределения) с точностью до постоянного коэффициента и положение энергетического центра пц не изменяются

0 при прохождении лазерного пучка через диффузный рассеизатель 2. Сигнал с блока 14 деления поступает на первый вход блока 33 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал

5 с задатчика 42 напряжения. Величина сигнала U на выходе задатчика 42 определена заранее экспериментально и соответствует величине рг , являющейся характеристикой применяемого . .

0 диффузного рассеивателя. Таким об- ргзом, на выходе блока вычитания 33 сигнал U соответствует моменту исследуемого распределения S(y) и равен /j . Этот сигнал и пода5 ется на второй вход блока 30 обработСигнал с выхода блоки информации, ка 21 деления,

равный щ , подается

0

5

0

5

на первый вход блока 36 вычитания, на второй вход которого подается сигнал с второго задатчика 44 напряжения, равный определенному заранее значению и- характеристики диффузного рассеивателя 2. На третий вход .. блока 36 вычитания сигнал подается , с выхода умножителя 34, осуществляющего перемножение поступающих на его входы сигналов к (лг, к поэтому он равен . По третьему входу блока 36 вычитания установлен коэффициент передачи, равный б Таким образом, на выходе блока 36.сигнал равен «та, и соответствует моменту исходного распределения. Этот сигнал подается на четвертый вход блока 30 обработки информации. Сигнал с выхода блока 22 деления равный т , подается на первый вход блока 38 вычитания. На первый и второй входы умножителя 43

715

подаются сигналы и , соответственно. С выхода умножителя сигнал, равный , подается на второй вход блока 38 вычитания, по которому установлен коэффициент передачи, равный 3. Таким образом, на

Для метрологической аттестации предлагаемого устройства достаточно установить характеристики ju2 , л , р, примеряемого диффузного рассеивателя и подать на устройство пучок излучевыходе блока 38 сигнал равен U3. m 1,т Ј и соответствует моменту

исследуемого распределения. Этот ния с известным распределением, из- нал подается на пятый вход блока 30 вестной неравномерностью распределеобработки информации. Сигнал с блока

ния плотности энергии (мощности).

28 деления, равный подается на

Использование задатчиков напряжения, умножителей и блоков вычитания

первый вход блока 40 вычитания, на второй вход которого подается сигнал1 для введения поправок при определе- с выхода задатчика 46 напряжения,нии измеряемых моментов позволяет неравный определенному заранее значе-ключить погрешность измерений, имею- нию характеристики диффузного рассей-щую место в основном изобретении вателя 11,. Ка первый и второй ..из-за влияния среды диффузного рассей- входы умножителя 35 подаются сигналы 20вателя на анализируемое распределе- соответственно и33-ш и U4« jU.. Сиг-ние плотности энергии (мощности,) из- нал с выхода умножителя 35, равныйлучения. Особенное значение это име- V г подается на третий вход ет при наличии в спектре распреде- блока 40 вычитания. На первый и вто-ления высоких пространственных час- рой входы умножителя 37 подаются сиг- 25тот, которые после прохождения через налы соответственно и3( U41 И4«диффузный рассеиватель становятся Сигнал с выхода умножителя 37 равный-неразличимы, и моменты распределения подается на четвертый входв этом случае характеризуют в большей блока 40 вычитания. Коэффициент пере-степени характеристики рассеивателя, дачи по третьему и четвертому входам 30 чем исследуемого пучка излучения.

блока 40 вычитания установлен равным 15. Таким образом на выходе блока 40 вычитания сигнал равен U4fl

(|ujlma+yam(j)m t и соответ35

Формула изобретения

Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения по авт.св. К 1481603, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно введены пять блоков вычитания, шесть умножителей и три

Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения по авт.св. К 1481603, отличающееся тем, что, с целью повышения точности дополнительно введены пять блоков вычитания, шесть умножителей и три

ствует коменту исследуемого распределения. Этоя сигнал подается на шестой вход блока 30 обработки информации. Сигнал с блока 29 деления, равный Ut,ia подается на первый вход бло- 40 задатчика напряжения, при этом выход ка 41 вычитания. На первый и второй первого блока деления подключен к входы умножителя 45 подаются сигналы первому входу первого дополнительно- соответственно U44 jW. и U . Сиг- го блока вычитания, выход которого нал с выхода умножителя 4Ь, равный подключен к второму входу блока об- V4 H4mi подается на второй вход бло-дз работки информации, к первым входам ка 41 вычитания, по этому входу уста- первого и второго умножителей, выход новлен коэффициент передачи, равный 5. На первый и второй входы умножителя 39 подаются сигналы соответственно и 42 Сигнал с выхода JQ умножителя 39 равный Uj9 K7m, подается на третий вход блока вычитания 41, по этому входу установлен коэффициент передачи равный 10. Таким об55

разом, на выходе блока 41 вычитания сигнал равен U4, m f -5 |U4m1-lO|M 4т3 m5, т.е. скомпенсировано влияние диффузного рассеивателя 2 на определение и последнего из определяемых

третьего блока деления подключен к первому входу второго дополнительного блока вычитания, выход которого под - ключен к четвертому входу блока обработки информации и первому, входу третьего умножителя, выход четвертого блока деления подключен к первому входу третьего дополнительного блока вычитания,- выход которого подклю чен к пятому входу блока обработки информации и первому входу четвертого умножителя, выход пятого блока деления подключен к первому входу

8

моментов распределения. Этот сигнал глодается на седьмой блок 30 обработки информации.

Для метрологической аттестации предлагаемого устройства достаточно установить характеристики ju2 , л , р, примеряемого диффузного рассеивателя и подать на устройство пучок излучения плотности энергии (мощности).

Использование задатчиков напряжения, умножителей и блоков вычитания

для введения поправок при определе- нии измеряемых моментов позволяет неключить погрешность измерений, имею- щую место в основном изобретении из-за влияния среды диффузного рассей вателя на анализируемое распределе- ние плотности энергии (мощности,) из- лучения. Особенное значение это име- ет при наличии в спектре распреде- ления высоких пространственных час- тот, которые после прохождения через диффузный рассеиватель становятся -неразличимы, и моменты распределения в этом случае характеризуют в большей степени характеристики рассеивателя, чем исследуемого пучка излучения.

5

Формула изобретения

Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения по авт.св. К 1481603, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно введены пять блоков вычитания, шесть умножителей и три

0 задатчика напряжения, при этом выход первого блока деления подключен к первому входу первого дополнительно- го блока вычитания, выход которого подключен к второму входу блока об- дз работки информации, к первым входам первого и второго умножителей, выход JQ

задатчика напряжения, при этом выход первого блока деления подключен к первому входу первого дополнительно- го блока вычитания, выход которого подключен к второму входу блока об- работки информации, к первым входам первого и второго умножителей, выход

третьего блока деления подключен к первому входу второго дополнительног блока вычитания, выход которого под - ключен к четвертому входу блока обработки информации и первому, входу третьего умножителя, выход четвертог блока деления подключен к первому входу третьего дополнительного блока вычитания,- выход которого подклю чен к пятому входу блока обработки информации и первому входу четвертого умножителя, выход пятого блока деления подключен к первому входу

четвертого дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к шестому входу блока обработки информации, выход шестого блока деления подключен к первому входу пятого дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к седьмому входу блока обработки информации, выход первого задатчика напряжения подключен к вторым входам первого дополнительного блока вычитания, первого, третьего и четвертого умножителей и к первому входу пятого умножителя, выход второго задатчика напряжения подключен к вторым входам второго дополнительного блока вычитания, второго умножителя и к первому входу шестого умножителя, выход которого подключен к второму входу

0

5

0

пятого дополнительного блока вычитания, выход третьего задатчика напряжения подключен к второму входу четвертого дополнительного блока вычитания, причем выход второго блока деления дополнительно подключен к вторым входам пятого и шестого умножителей, выход последнего подключен к второму входу третьего дополнительного блока вычитания, выход первого умножителя подключен к третьему входу второго дополнительного блока вычитания,выходы второго и третьего умножителей подключены соответственно к третьему и четвертому входам четвертого.дополнительного блока вычитания, выход четвертого умножителя подключен к , третьему входу пятого дополнительного блока вычитания.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, и может быть использовано при аттестации средств измерений относительно распределения плотности энергии /мощности/ в поперечном сечении пучка лазерного излучения для определения пространственной неравномерности сечения пучка излучения. Цель изобретения - повышение точности. Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения дополнительно содержит задатчики напряжения, умножители, блоки вычитания. Это позволяет исключить погрешность измерений, обусловленную влиянием среды диффузного рассеивателя на анализируемое распределение плотности энергии /мощности/ излучения. 1 ил.