Способ контроля лучевой прочности оптических изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N17/00 

Изобретение относится к исследованию устойчивости материалов к световому воздействию, а именно к контролю лучевой прочности оптических изделий и материалов при воздействии на них мощным лазерным излучением,

Целью изобретения является повышение объективности и снижение трудоемкости при контроле.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа контроля лучевой прочности оптических изделий, общий вид.

Способ контроля лучевой прочности оптических изделий заключается в том, что изделие облучают лазерным излучением, подвергают локальному нагреву путем фокусировки излучения, регистрируют интенсивность излучения и определяют параметр, по которому судят о лучевой прочности., при этом интенсивность лазерного излучения подвергают периодической модуляции, после локального нагрева регистрируют сигнал, пропорциональный излучаемому изделием интегральному тепловому потоку, выделяют переменную часть сигнала, регистрируют среднюю амплитуду переменной части сигнала, нормируют на измеренную интенсивность лазерного излучения, а в качестве параметра, по которому судят о лучевой прочности изделия, выбирают величину отклонения нормированной амплитуды от аналогичной амплитуды сигнала, полученного для эталонного изделия с известным порогом прочности. Переменную часть сигнала выделяют путем его резонансного усиления на частоте модуляции лазерного излучения и синхронного детектирования.

В заявленном способе сфокусированное лазерное излучение периодически нагревает образец, а тепловое излучение локальной области нагрева собирается оптической схемой на приемник. Переменный тепловой сигнал позволяет применить для его. выделения на фоне шума синхронное детектироёание. что резко повышает чувствительность измерений. Для нормировки на флуктирующую со временем мощность лазерного излучения используется его прямое измерение также с применением синхронного детектирования и деления на него величины измеренного теплового сигнала. В результате полученное отношение будет достаточно объективно характеризовать поглощение в образце.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ контроля лучевой прочности оптических изделий.

Устройство содержит лазер 1, модулятор 2 (например, электромеханический, состоящий из диска с прорезями и привода вращения), светоделитель 3 (светоделительная куб-призма), фокусирующую линзу 4, держатель 5 оптического изделия (образца), вогнутое зеркало 6, германиевую линзу 7, пироэлектрический приемник 8, предусили- тель 9, первый (перестраиваемый) резонан0 сный усилитель 10, первый синхронный детектор 11, измеритель 12 отношений, мик- ровольгметр 13, второй резонансный усилитель 14, оптоэлектронный датчик 15, фотоприемник 16, согласующий предусили5 тель 17, третий резонансный усилитель 18, второй синхронный детектор 19.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом. Лазер 1, работающий в непрерывном

0 режиме генерации, облучает оптическое изделие (образец), установленное в держателе 5. С помощью модулятора 2 производится модуляция интенсивности лазерного пучка на низкой частоте, к которой наиболее чув5 ствителен пироэлектрический приемник 8 ( 20-25 Гц). Модулированное излучение фокусируется линзой 4 на локальную область поверхности или приповерхностного слоя оптического изделия и нагревает его в

0 соответствии с изменением своей интенсивности. Излучаемый нагретой областью изделия тепловой сигнал собирается вогнутым зеркалом 6 и германиевой линзой 7 (не про пускающей рассеянную на образце часть

5 лазерного излучения) на пироэлектрическом приемнике 8. Регистрируемый приемником 8 электрический сигнал после усиления в первом предусилителе 9 поступает на первый резонансный усилитель 10,

0 в котором происходит выделение первой гармоники на частоте модуляции лазерного излучения. Установленный на модуляторе оптоэлектронный датчик 15, представляющий собой оптопару светодиод - фотодиод,

5 укрепленную на модуляторе с возможностью поворота, и согласующий предусили- тель, формируют электрический сигнал, находящийся в фазе с вращением растра модулятора. Этот электрический сигнал по0 дается на второй резонансный усилитель 14, в котором также выделяется первая гармоника модулирующего сигнала. С помощью первого синхронного детектора 11, на входы которого подаются измеряемый (с

5 усилителя 10) и опорный (с усилителя 14) сигналы, удается повысить чувствительность регистрации тепловых сигналов за счет снижения уровня шума. Для этого оп- топара поворачивается вокруг оси враще- ния растра модулятора так, чтобы первые

(г1|1моники измеряемою и огюрно о cm на лов находились в фазе друг с другом. Это происходит в случае, когда оптические оси лазерного пучка, пучка излучения светодио- дэ и ось вращения растра лежат в одной плоскости.

Для контроля паразитных флуктуации интенсивности лазера часть излучения с помощью светоделительной куб-призмы 3 отводится на фотоприемник 16. Регистрируемый им переменный сигнал усиливается в согласующем предусилителе 17, а в третьем резонансном усилителе 18 из него выделяется первая гармоника на частоте модуляции. Выделенный сигнал подается на второй синхронный детектор 19, на второй вход которого подается сфазиро- ванный с ним опорный сигнал со второго резонансного усилителя 14. Синхронно продетектированные сигналы поступают далее в измеритель 12 отношений, который формирует на выходе частное от деления измеренного теплового сигнала на сигнал, пропорциональный мощности лазера (нормируют на измеренную частоту лазер). Уро- вень выходного сигнала измеряется микровольтметром 13. Применение измерителя отношений позволяет избавиться от зависимости результата измерения поглощения, нестабильности от. мощности излучения лазера.

Измерение нормированного (на мощность лазера) поглощения для эталона с известной лучевой прочностью по показанию микровольтметра 13 позволяет проводить простую отбраковку оптических изделий из одной партии с эталоном. Если уровень нормированного поглощения меньше или равен показанию для эталона, то данное изделие удовлетворяет требованию лучевой прочности.

Формула изобретения

1. Способ контроля лучевой прочности оптических изделий, по которому изделие облучают лазерным излучением, подвергают локальному нагреву путем фокусировки излучения, регистрируют интенсивность излучения и определяют параметр, по которому судят о лучевой прочности, отличающийся тем, что, с целью повышения объективности и снижения трудоемкости при контроле, осуществляют периодическую модуляцию интенсивности лазерного излучения, после локального нагрева регистрируют сит нал, пропорциональный пллу- чаемому изделиям интегральному теппово- му потоку, выделяют переменную часть сигнала, регистрируют среднюю амплитуду переменной части сигнала, нормируют на измеренную интенсивность лазерного излучения, а о качестве параметра, по которому судят о лучевой прочности изделий, выбирают величину отклонения нормированной амплитуды от аналогичной амплитуды сигнала, полученного для эталонного изделия с

известным порогом прочности.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что переменную часть сигнала выделяют путем его резонансного усиления на частоте модуляции лазерного излучения и

синхронного детектирования.

3.Устройство для контроля лучевой прочности оптических изделий, содержащее лазер, оптически связанные светоделитель, фокусирующую линзу и держатель оптического изделия, фотоприемник, оптически связанный со светоделителем, и связанный с фотоприемником согласующий предусилитель, отличающееся тем,

что, с целью повышения объективности и снижения трудоемкости при контроле, между лазером и светоделителем установлен электромеханический модулятор, на котором укреплен оптоэлектронный датчик, перед держателем оптического изделия установлено оптически связанное с ним вогнутое зеркало с центральным отверстием, вогнутое зеркало оптически связано с установленным на двойном фокусном рас.стоянии от него пироэлектрическим приемником с германиевой линзой, к выходу которого через предусилитель подключен первый резонансный усилитель, соединенный с первым входом синхронного детектора, второй вход которого через второй резонансный усилитель соединен с оптоэ- лектронным датчиком, а выход подключен к первому входу измерителя отношений, согласующий предусилитель подключен к

третьему резонансному усилителю, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора, второй вход которого через второй резонансный усилитель соединен с оптоэлектронным датчиком, а

выход подключен к второму входу измерителя отношений, выход которого подключен к микровольтметру.

Изобретение относится к области исследования устойчивости материалов к световому воздействию. Цель изобретения - повышение объективности и снижение трудоемкости при контроле. Контроль лучевой прочности осуществляют путем облучения лазерным излучением при помощи лазера 1. которое измеряют и подвергают периодической модуляции модулятором 2 и локального нагрева, после которого регистрируют сигнал, пропорциональный излучаемому изделием интегральному тепловому потоку, который собирают вогнутым зеркалом 6 и германиевой линзой 7 на пироэлектрическом приемнике 8, после чего выделяют переменную часть сигнала, регистрирую среднюю амплитуду этой части сигнала, нормируют на измеренную интенсивность лазерного излучения, а в качестве параметра, по которому судят о лучевой прочности изделия, выбирают величину отклонения нормированной амплитуды при помощи микровольтметра 13 от аналогичной амплитуды сигнала, полученной для эталонного изделия с известной величиной интенсивности, ведущей к разрушению, при этом переменную часть сигнала выделяют путем резонансного усиление усилителем 14 на частоте модуляции лазерного излучения и синхронного детектирования. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ЈГ