Способ определения направления пучка оптического излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01J1/20 

Изобретение относится к фотометрии, а именно к измерениям координат и энергии пучка, и может быть использовано в системах измерения стабильности направленности излучения лазера.

Целью изобретения является повышение точности, расширение диапазона углов измеряемых направлений и упрощение способа определения направления пучка оптического излучения и устройства для его осуществления при измерении изменения направления пучка оптического излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения направления

пучка оптического излучения, включающем его фокусировку, определение координат энергетического центра фокального пятна в плоскости фокусировки и определение изменения направления пучка по найденным координатам, сфокусированное излучение делят на три идентичных пучка, измеряют энергии первого пучка, второго пучка, прошедшего через фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в вертикальном направлении, и рассчитывают координаты энергетического центра фокального пятна по формулам

00

g

СЛ Ч) СЛ

CJ

Хо -к|д1 У°

, 0)

где К - константа фотометрического клина;

Ео, Ех, Еу - измеренные энергии перво- 5 го, второго и третьего пучка излучения соответственно:

М N

Ео Ах Ду 2 Z рп|,

Ь 1 I 1

Ех Ах Ay S 2 (ры т„) , Еу - Дх Ау 2 2 jSni тп) ,

где тп, TI - коэффициенты пропускания в 15 различных точках фотометрического клина в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно:

тп е-кх,

Т|

Р-КУ

Из уравнений (2) получают коэффициенты пропускания фотометрических клиньев, соответствующие координатам энергетического центра фокального пятна:25

г Ех 2 2 Q3ni тп) 22ры

Еу 2 2 Г|°-Е0--ЗГ27Й

nl Тп)

Подставив значения тпо, тю .в уравнение (3), получают выражения для координат энергетического центра фокального пятна: 35

yoi -iig|M4)

J к

Ео

где i - номер импульса излучения.40

Тогда угловое изменение направления пучка оптического излучения равно

д ... AXoi Xoi Xom

Д«1 -F- -- -р-- ,

I. УоГ-Уот F

где m - номер импульса излучения, направ ление которого принято за опорный.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения направления пучка оптического излучения, содержащее

,.

,.

фокусирующий элемент и приемник излуче ния, расположенный в плоскости фокусировки, введены расположенные на одной оптической оси с фокусирующим элементом светоделитель, делящий сфокусированное

,.

5

10

15 20

25

30

35

40

45

50

55

излучение натри идентичных пучка, два аналогичных фотометрических клина, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и ортогонально ориентированных главными сечениями клиньев относительно друг друга, а устройство для приема излучения выполнено в виде трех приемников излучения, расположенных на оптических осях соответствующих пучков излучения.

Повышение точности измерений возможно благодаря компенсации зонной погрешности чувствительности приемника излучения, так как в предлагаемом техническом решении для определения координат энергетического центра фокального пятна измеряют лишь энергии пучков, в схемах реализации которых данная погрешность полностью компенсирована, а в известных технических решениях необходимо измерять ОРПЭ, и поэтому компенсировать данную погрешность чувствительности оптическими методами в данном случае принципиально нельзя. Неравномерность чувствительности различных типов фото- приемников и многоканальных фотоприемных устройств достигает 10-30%.

Использование для преобразования оптического излучения пары фотометрический клин - измеритель энергии позволяет получить практически неограниченный диапазон углов измеряемых направлений по сравнению с известными техническими решениями, где ограничение накладывает малая апертура приемника излучения.

На фиг. 1 приведена принципиальная оптическая схема для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 - пример выполнения фотометрического клина, установленного в горизонтальном (а) и вертикальном (б) направлениях.

Определение направления пучка лазерного излучения производят при помощи устройства (фиг, 1), состоящего из расположенных последовательно на одной оптической оси фокусирующего элемента 1, светоделителя 2, делящего сфокусированное излучение на три идентичных пучка, приемника 3 излучения, выполненного с возможностью измерения энергии первого пучка, двух аналогичных фотометрических клиньев 4 и 6, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и установленных с ортогонально ориентированными главными сечениями клиньев, и двух измерителей энергии 5 и 7 второго и третьего пучков соответственно.

Устройство работает следующим образом. Исследуемое лазерное излучение фокусируют элементом 1, делят светоделителем

2 на три идентичных пучка, первый из которых попадает непосредственно на приемник 3 излучения (измеритель энергии); второй, пройдя через фотометрический клин 4, установленный в плоскости фокусировки и сориентированный его главным сечением в горизонтальном направлении, попадает на измеритель 5 энергии; третий, пройдя через фотометрический клин 6, установленный в плоскости фокусировки и сори- ентированный его главным сечением в вертикальном направлении, попадает на измеритель 7 энергии. По значениям измеренных энергий трех пучков по формулам (4) и (1) определяют угловое изменение направления пучка оптического излучения.

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность и расширить диапазон углов измеряемых направлений.

Формула изобретения 1. Способ определения направления пучка оптического излучения, заключающийся в том, что фокусируют пучок излучения, определяют координаты энергетического центра фокального пятна в плоскости фокусировки, по которым судят об угловом изменении направления пучка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона углов измеряемых направлений и упрощения способа, сфокусированное излучение делят на три идентичных пучка, измеряют энергию первого пучка, измеряют энергию второго и третьего пучков, прошедших через идентичные

фотометрические клинья, установленные в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и ортогонально ориентированные главными сечениями клиньев относительно друг друга, а координаты хо, уо энергетического центра фокального пятна определяют по формулам:

10

1

Ех .. . 1 ,„ Еу

где К - константа фотометрического клина, Ео, Ех, Еу-измеренные эйергии первого, второго и третьего пучков излучения, соответственно.

2. Устройство для определения направления пучка оптического излучения, содержащее фокусирующий элемент и устройство для приема излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона углов измеряемых направлений, в него введены расположенные последовательно на одной оптической оси с фокусирующим элементом светодели- тель, делящий сфокусированное излучение на три идентичных пучка, два аналогичных фотометрических клина, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и ортогонально ориентированные главными сечениями клиньев относительно друг друга, а устройство для приема излучения выполнено в виде трех приемников излучения, расположенных на оптических осях соответствующих пучков излучения.

Использование: фотометрия, измерение координат и энергии пучка в системах измерения стабильности направленности излучения лазера. Сущность изобретения: способ определения направления пучка оптического излучения включает его фокусировку, деление на три идентичных пучка, измерение энергии первого пучка, второго пучка, прошедшего через фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в горизонтальном направлении, третьего пучка, прошедшего через второй аналогичный фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в вертикальном направлении, и расчет изменения направления пучка оптического излучения. Устройство для определения направления пучка оптического излучения содержит расположенные последовательно на одной оптической оси фокусирующий элемент, светоделитель, делящий сфокусированное излучение на три идентичных пучка, два аналогичных фотометрических клина, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и установленных с ортогонально ориентированными главными сечениями клиньев, и три измерителя энергии первого, второго и третьего пучков соответственно. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. СЛ с

Фиг. 1