Способ измерения мощности и распределения интенсивности лазерного излучения Советский патент 1985 года по МПК H01S3/10 G01J1/22 

Изобретение относится к области измерительной техники, преимуществен но к технике измерения параметров лазерного излучения„ Известны способы измерения мощности и распределения интенсивности лазерного излучения с использованием рассеивателей лазерного излучения| 1 , Эти способы предполагают введение на пути лазерного пучка элементов, рассеивающих лазерное излучение и характеризуются заметным возмущением измеряемого лазерного излучения, так как размеры излучателей, как правило, многократно превосходят длину волны исследуемого излучения. Один из известных способов измерения мощности лазерного излучения предполага ет сканирование пучка металлическими зеркалами З J. Наиболее близким техническим реше нием к данному изобретению является способ измерения мощности и распределения интенсивности лазерного излу чения путем пересечения пучка лазерного излучения потоком аэрозоля и из мерения потока интенсивности рассеян от различных областей сечения пучка лазерного излучения 41. Основными недостатками этого способа являются сложность процесса измерения вследствие необходимости осу ществлять сканирование излучения све тящегося слоя по сечению пучка и аэр зольные частицы, находящиеся в областях пучка, не подвергающихся в даннЬ1й момент измерению, рассеивая свет (а в случае мощного пучка и испаряясь) , оказывают искажающее воздействие на измерения в других областях пучка, что приводит к уменьщению точ ности измерений Целью изобретения является облегчение процесса измерения и уменьшение воздействия на лазерное излучение. Поставленная цель достигается тем что поток аэрозоля пропускают через различные участки сечения пучка в виде аэрозольных сгустков или отдельных аэрозольных частицв различные проме-( жутки времени. При этом используют монодисперсный аэрозоль. На фиг. 1 изображено устройство, которое осуществляет реализацию способа; на фиг. 2 - схема проведения измерений данным способом; на фиг.Зпересечение пучка излучения аэрозольными cгycткaмиi фиг. 4 - результаты одного из измеренрм распределения интенсивности излучения по сечению пучка излучения, осуществленного указанным способом. Способ осуществляется следующим образом (см. фиг. 1).. Системой 3 напуска в нужную область пучка 1 подают сгустки 2 аэрозольных частиц одинакового размера, которые далее попадают в систему 4 отсоса. Рассеянное частицами излучение при прохождении ими пучка собирают линзой 5 и подают на фотоприемник 7, перед которым установлена диафрагма 6, защищающая его от паразитных засветок. Сигналы, снимаемые с фотоприемника анализируются с помощью анализатора 8. На фиг. 2 показано пересечение некоторой области пучка 1 излучения сгустком 2 аэрозоля, частицы которого состоят из материала, слабо поглощающего на длине волны лазерное излучение. Концентрацию и функцию распределения аэрозольных частиц по размерам поддерживают одинаковыми в области лазерного пучка в течение всего времени измерений. Концентрация аэрозоля t выбирается из условия: ()Vn{it) где Пр - концентрация частиц постороннего аэрозоля; Ь - размер сгустка в направлении лазерного лyчaj ЛЛ - величина допустимого ослабления из лучения J,- интенсивность лазерного излучения;6 - сечение ослабления излучения одной частицей. Отсутствие значительных возмущений измеряемого излучения достигается применением аэрозоля, концентрация которого удовлетворяет приведенному выше соотношению и частицы которого состоят из материала, прозрачного на длине волны лазерного излучения. Проведение измерений в таких условиях позволяет избежать разогрева воздуха, которому сопутствует искажение лазерного луча за счет рефракции. Временное разрешение измерений данным способом определяется быстродействием аппаратуры, регистрирующей излучение, так как рассеяние аэрозолем практически безынерционно. Рассеяние аэрозольной частицей излучения в некотором направлении пропорционально интенсивности лазерного излучения, падающего на частицу и определяется сечением рассеяния частицей в данном направлении f . Рассеяние излучения пропорционально так же толщине сгустка Ъ и концентрации аэрозоля, С целью облегчения процесса определения мощности и распределения интенсивности излучения, а так же для проведения абсолютных измереНИИ используют монодисперсный аэрозоль с размерами частиц, значительно отличающимися от длины волны излучения. В этом случае указанный способ измерений не трубует калибровки для измерения абсолютных значений мощности и интенсивности лазерного излучения. Значительное облегчение процесса определения характеристик из лучения достигается применением аэрозольных сгустков, имеющих размер J много меньший размера ) пучка (см, фиг, 3), которые пересекают пучок в разные промежутки времени, В случае необходимости проведения подобных измерений с малым возмущением из.лучения (например в резонаторе газовых лазеров, имеющих небольшой коэффициент усиления), целесообразно применять вместо сгустков отдельные аэро зольные частицы, В течение всего времени пересечения сгустком пучка регистрируют рассеиваемое им излучение. Временной ход мощности рассеянного излучения дает представление о распре делении интенсивности лазерного излучения на пути следования сгустка. Расстояния между сгусткамиДХ и лУ и скорость V позволяет заменить времен ную переменную на координаты пучка. Для уменьшения воздействия аэрозоля на интенсивность излучения и связанн го с этим ухудшения точности измерений применяют высокоскоростной поток аэрозоля. Влияние скорости тем больше;чем больше коэффициент поглощения материала аэрозольных частиц. Во вре мя пересечения пучка частицы разогре ваются, что приводит к. разогреву воз духа. Разогрев воздуха вызывает HCKE жение лазерного пучка за счет рефрак ции. Для устранения или значительного уменьшения влияния указанного эффекта скорость выбирают такой, чтобь газ в области пучка существенно не разогревался. Для определения распределения интенсивности излучения в дальней

689547 не измеряют распределение рассеянного аэрозолем излучения в фокальной области линзы, расположенной на пути лазерного пучка. Размер пятна в фокальной области г при использовании безаберрационной линзы дает возможность определить расходимость луча 0 из соотношения S Г , где - фокусное расстояние линзы. Пример, Измерена мощность и распределение интенсивности излучения гелий-неонового лазера путем измерения рассеянного света частицами монодисперсного аэрозоля, состоящего из частиц латекса диаметром 0,2 мкм. Измерения велись с помощью устройства, показанного на фиг.1, В качестве анализатора импульсов используется осциллограф. Скорость частиц равна скорости газа в струе и составляла 2 м/с. На фиг. 4 представлено распределение интенсивности по сечению пучка, измеренное таким образом. Для одномодового лазерного излучения величина интенсивности излучения 3f. связана с мощностью излусоотношением:где V - радиус лазерного пучка по спаду интенсивности в раз. Мощность излучения W в данном случае определена на основании измеренных значений г и 3 (абсолютное значение 3 найдено по калибровочной зависимости фототока от величины светового потока при длине волны излучения, равной 0,63 мкм). Аналогичные измерения бьши проведены и внутри резонатора гелий-неонового лазера, что трудно осуществить известными ранее способами. Оценена степень возмущения излучения аэрозолем. При диаметре пучка равном 3мм его сечение в 10 раз больше сечения аэрозольной частицы, поэтому добротность резонатора При попадании в луч частицы заметно не меняется. Временное разрешение распределения интенсивности в данной случае определяется временем пролета частицы через лазерный луч и составляет около , При одновременном измерении рассеянного излучения из различных областей луча временное разрешение данного способа определяется лишь разрешением измерительной аппаратуры.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИБНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ путем пересечения пучка лазерного излучения потоком аэрозоля и измерения потока интенсивности рассеяния различных областей сечения пучка лазерного излучения, отличающийся тем, что, с. целью облегчения процесса измерения и уменьшения воздействия аэрозоля на лазерное излучение, поток аэрозоля пропускают через различные участки сечения пучка в виде аэрозольных сгустков или отдельных аэрозольных частиц в различные промежутки времени.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют монодисперсный аэрозоль.(ЛО5 00-соО!»4^ •^