ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСХОДИМОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Советский патент 1973 года по МПК G01J5/00 

1

Изобретение относится к .измерительной технике и может быть использовано .дри измерения расходимости электромагнитных пучков, излучаемых в широком диапазоне дллн волл каК Импульоными, так и неп.рерывным.и KB автовы мИ ген ер а тор а м и.

Известны измерители расходимости пучков электромагнитного излучения, работающие по методу сечений, методу ..регистрации диа.граммы направленности и методу фокального пятна. Все известные измерители .имеют существенные недостатки. Так, язмерсзше .расходимости с помощью этих п.рибОров зан.имает значительное время из-за трудоемкости процесса измерения. Расширить пределы измерения расходимости в длииноволновой области спектра с помощью .известных измер.нтелей трудно из-за отсутствия соответствующих светочувствительных материалов в этом .азоне длин волн. Все известные .измерители расходимости работают при малых ллотностях по.тока падающего излучения. Их трудно использовать для .непрерывного автоматического ко.нтроля, в особенности интен,сив.ных и широких пучков.

Цель изобретения - создание устройства для измерения расходи-мости электромагнитных пучков при больших уровнях анергииИ мощности излучения ОКГ, вносящего минимальное .искажение в пучок и минимально ослабляющего его, а также расширение спектрального .диапазона в длинноволновой области, уменьщение времен.и измерений, обеспечение автоматического контроля расход.имости и уменьшение погрешности измерений.

Цель изобретения достигается за счет того, что расходимость излучения ОКГ определяют ло результату взаимодейств.ия пучка с двумя тонкими металлическими .нитями, расположенными в дальней зоне и в одной пл.оскости с осью пучка на определенном расстоянии друг от друга. Дл.ина металлических нитей больше диаметра оптического пучка. Каждая нить представляет собой болометрический элемент. Следовательно, предложен}1ый измеритель работает по методу двух сече.ний.

Схема измерителя изображена на чертеже.

Оптический луч расл.р.остраняется слева налраво вдоль штрих-пункти.рной оси. На пути оптического луча в дальней зоне расположены два тонкопроволочных болометра R и 2, установленных В одной плоскости, пересекаюшей ось пучка, перпендикулярно оптн.ческой оси. Расстояние между- болометрами равно L. РасходЕмость пучка показана пунктирньт 1и линиями.. .

Первый тоикопроволоЧНый болометр -включен между клеммами /-Г, второй - между клемМами 2-2, третий, вспомогательн-ый, не

поладающий в поле пучка, - между клеммами 3-3. Все боло,метры идентичны. Первые два болометра совместно с сопротквлениями , и Rz образуют мостовую схему, в диагональ кото.р.о-й включен высокоомяый .Индикатор разбалаяса. Второй .и Т1ретий вспомогательный 5оламет;ры со-вместно с содротивле иями Rz И об-разуют вто.рую мостовую схему, в диагональ которой та.кж€ включен в-ькокоомный индикатор разбаланса. Высокоомные индикаторы разбаланса предотвращают взаимное влияние одного моста на другой. Мосты запитаны от источника наП|ряжеиия Е через переменное сопротивление R. Перед боло.метра .ми или после болометров установлен проходящий измеритель (ПИ) энерпии оптического луча.

iПpeдv oжe;ннaл схема может быть использована для измерений расходимости однократных оптических и.ушульсов, а также пучков с непрерывной или амплитудно-модулиJpoвaннoй мощностью.

PaccMOTpiHM работу устройства при Я3ме|рении расходиМОсти пучка с непрерывной мощностью Р. До пО|Дачи в прибор оптической .мощности мостовые схе.мы балансируют путе.м иЗмерения переменных сопротивлений Rl и Rz. При ;подаче аптичеокой мощности neipiBbra болометр .пересекает |пучо;к с радиусом Г, а второй болометр - -пучок с (радиусом Г2. Радиус пучка rz в месте расположения второго болометра за счет расходимости больше чем Гь На первом боло.метре рассеется .мощность PI, равная Л , где К - коэффлидаент пропорциональности, учитывающий взаимодействие проволочки с излучением. Чтобы пфвая п|роволачка ле экра.нировала вторую, ;ди.аметр болометров выб.и.раю.т меньше длйны волны измеряемого излучения. На втором бол.о1метре рассеется мощность Р, А:4-.

.Коэффициент пропордйональности /С в выражениях (I) л (.2) один и тот же, так как болометтры И|ДеН1Шчны.

Зяая мощн1ск;тн, .рассеяняые на болометрах, .легкю определить (расходимость иучка f:

КР

г,- г,

F :2-arctg - AP 2arctg-l -. (3)

где 4p pj - Pg - разность м.ощ ностей, ,рассея1н,ных иа neipBo.M и -втором болометрах. Для не больших углов расходйм ост и справедЛ1ИБо БЫ.ражеяие

КР

,«

Таким образом, расходИ.мость может быть определена, если известны Р, Р, Р и расстояние между боломет,р.аэди L.

Козффиц.иент пропорциояальности К определяется пр.и градуировКе (Прибара. Величина

PS измеряется второй мостовой схемой, 4Я -

первой мостовой схемой. Мощность .на перВОМ

боло.метре определяется по выражению

(5)

р.р,+ ЛР.

Мощность пучка Р .измеряется пр.ох.О|Д:ным измерителем.

Преимущество да:нпого устройства состоит в том, что для измерения расходи.мости следует определять только один линейный .размер - рассто.я,ние .между болометрами L, которое может быть измерено с вьгсокой точи-остью и в процессе .измерений пе .изменяется. Остальные яз.меряемые величины - анергетические, они могут определяться довольно быстро и поддаются автом.атическому контролю.

Существенно и то, что .малая р.аз.1ость .мощностей 4Р изме|ряется одновременно с Р и .независи.мо. Это значительно повьгщает точность .определения расходимости. При макс«мальЕой относительной погрещ-ности из.меревия мощностей + 1 % макои мальная погрешность .измерения составляет о.к.оло +2%: 0 Если .известен с достаточной степенью точности р.адиус оптического пучка на перво.м боло.мет1ре, то малую расходимость М1ожно определить по Выраже.нию

Sr.(6)

П .р е д м е т .и з о б р е т е -н я я

Измеритель .расходимости излучен И:я оптических квантовых генфаторов, соде ржащий, по кр.айней Meipe, даа элемента, регист ряруюЩ|ИХ оптическую мощность светового пучка, отличающийся тем, что, с целью расширения спек11рального .о.на длин воля, увеличения допустимых раз.ме(ров пучка и его мощн.ости, в каместве .названных эле1менто(в использованы «дентичных тюНКопроволочных болометр1а, которые п.омещены в дальней зоне на постоанном для д явного ламерения расст.оян:иш друг .от друга в садной плоокости с осью светового пучка перпен.диКулярно ей и в ключенЫ в две овяза,нные м. схемы. В этом случае отсутствует ЯвобходИМость в измерен.и,и м.ощности Р. Описан.ное уртрайство может работать в шИ|ро1Ком спектральном диапазоне от оптич.еск,их до .суймиллимепровых волн, при этом .ЕЗМеняется только мо:эфф:и1Ц.и.чнт .пропорцион-альностл К, на который необходимо вво.д.ить п.о1пр.авку. Измеритель может работать также в широком дина.мичеак.ом диа1па зоне оптачеокид мощностей, перекрывающем 3-4 порядка, и п.р,и больших ур.авн.ях оптической мощ.носги, развиваемых, наприме|р, ОКГ на СОг