ПРИЕМНИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИИЯ Советский патент 1995 года по МПК G01J5/50 

Изобретение относится к технике оптических измерений средствам измерения энергии импульсов оптического излучения.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности измерений.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит установленные последовательно в механическом контакте плоскопараллельную пластину 1, выполненную из материала, прозрачного для исследуемого излучения Е, промежуточный элемент 2, выполненный в виде полого цилиндра, заполненного жидкостью 3, поглощающей исследуемое излучение Е, и датчик, выполненный в виде цилиндра 4 с металлизированными основаниями 5 и 6.

Скрепление элементов 1, 2, 4 может быть осуществлено как склейкой, так и механическим зажимом по оси приемника.

Цилиндр промежуточного элемента может быть снабжен заливочным отверстием с пробкой и дополнительным объемом для компенсации температурного расширения жидкости 3.

В качестве прозрачной пластины может быть использовано стекло для видимого и близкого ИК-диапазона, селенид цинка или фтористый барий для дальнего ИК-диапазона.

Цилиндр 2 промежуточного элемента может быть выполнен из металла.

В приемник может быть введен акустический поглотитель, находящийся в механическом контакте со свободной поверхностью датчика.

К металлизированным основаниям 5 и 6 датчика может быть подключен регистратор.

Коэффициент поглощения жидкости 3 выбирают таким, чтобы на длине l₂ проходило не более 5˙10^-5 энергии импульса.

Устройство работает следующим образом: на входную апертуру приемника D подают импульс исследуемого излучения с энергией Е на пластину 1, излучение Е проходит через нее и попадает в жидкость 3, проходя через которую поглощается (поток Ф) практически полностью, при этом происходит нагрев жидкости 3, и, как следствие, ее объемное расширение, которое генерирует акустическую волну, которая, в свою очередь, распространяясь в жидкости 3, достигает элемента 4 и, деформируя его, генерирует на обкладках 5 и 6 напряжение, величина которого пропорциональна энергии падающего на пластину импульса излучения.

При этом повышение чувствительности обеспечивается за счет более высокой эффективности термооптического преобразования в жидкостях по сравнению с твердыми телами. Объемный характер поглощения излучения (по равнению с прототипом) позволяет повысить предельные плотности энергии излучения при измерениях до 1 Дж/см².

Повышение точности приемника обеспечивается путем уменьшения влияния зонной характеристики за счет регистрации амплитуды первой полуволны электрического сигнала и увеличения чувствительности приемника более чем на порядок при сохранении его шумовых свойств.

Таким образом, цель изобретения достигается за счет определенной формы промежуточного элемента, заполнения его жидкостью, поглощающей излучение, и задания толщины элементов приемника из соотношения, указанного в формуле изобретения.

Авторами изготовлен экспериментальный образец устройства с размерами апертуры 40 мм. В качестве жидкости использовано индустриальное масло И-20, толщина пластины, высоты полого цилиндра и датчика составили l₁ 6 мм, l₂ 4 мм, l₃ 11,4 мм.

При испытаниях устройства получены:
чувствительность 32,3 В/Дж (в прототипе ≈ 1 В/Дж);
погрешность лучше 3% (в прототипе 10%).

Кроме того, отсутствие склейки улучшает технологичность конструкции.

В устройстве, кроме того, может быть увеличена апертура за счет того, что зонная характеристика значительно меньше влияет на точность измерений.

Устройство может быть использовано в лабораторной практике и промышленных условиях для измерения энергии импульсов лазерного излучения.

Использование: приемник лазерного излучения предназначен для измерения энергии импульсов оптического излучения. Сущность: приемник лазерного излучения содержит установленные последовательно в механическом контакте плоскопараллельную пластину, прозрачную для исследуемого излучения, промежуточный элемент и датчик в виде цилиндра с металлизированными основаниями, причем для увеличения чувствительности и точности измерений промежуточный элемент выполнен в виде полого цилиндра, заполненного жидкостью, поглощающей исследуемое излучение, при этом толщина пластины, высоты полого цилиндра промежуточного элемента и датчика выбраны из соотношения , где C₁, C₂ скорости звука в пластине, жидкости и датчике соответственно, τ_л заданная максимальная длительность лазерного импульса, α коэффициент поглощения излучения в жидкости. 1 ил.

ПРИЕМНИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИИЯ, содержащий установленные последовательно в механическом контакте пластины, прозрачную для исследуемого излучения, промежуточный элемент и датчик, выполненный в виде цилиндра с металлизированными основаниями, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, промежуточный элемент выполнен в виде полого цилиндра, заполненного жидкостью, поглощающей исследуемое излучение, при этом толщины пластины, высота полого цилиндра промежуточного элемента и датчика связаны соотношением

где c₁, c₂, c₃ скорости звука в пластине, жидкости и датчике соответственно;
τ_л заданная максимальная длительность лазерного импульса;
α коэффициент поглощения излучения в жидкости;
l₁, l₂, l₃ соответственно толщина пластины, высота полого цилиндра промежуточного элемента и высота датчика.