Способ измерения расходимости лазерного излучения Советский патент 1985 года по МПК H01S3/10 

17 Изобретение относится к области лазерной техники, в частностик измерения расходййбсти пучков лазёрных установок, и может быть использовано для измерения угловой расходимости излучения лазеров. Известен способ измерения расходимостй, основанный на фотографировании сфокусированного исследуёмотб пучка с помощью фоточувствиТельнбго элемен та, ра.зйёщенного непосредственно в фокальной плоскости линзы. По Винеру фотографирование производится с поМотцыо нескольких линз, направленных на экран, наГкоторый сфокусирован исследуемый Пучок, а Для получения различных экспозиций перед линзами размещают с различным пропус канием С : Известен также способ измерения расходимости, основанньй на разделе ййй й:сгйПёдуёйо1Г0 пучка на ряд npocTp ственно подобных пучков различной ин те;нсивн6сти с помощью зерка.льного клина. Пучок пропускают сквозь клин, Пройдя клин, пучок дает первый сигнал, отразившись от обеих зеркальных клина - второй, идущий под углом 7. d. (d - угбй пр-й Й ёршине клина) с интенсивностью в R R-palsa меньшей ( R - коэффициент отражения стенок клина) ,затём снова бт§ГазивjiHCb от обеих стенок клина - третий и т,До Если клин поместить за линзой то в фокальной плоскости ее при фотографировании получается ряд отпечат RSS С разМёрамй, соответствующими рзз мерампзгчка по мере ослабленияёто ий тенсивности в ( Р номер отпечатка), Таким образом, по отпечаткам опреОделяют распределение интенсивности лазерного излучения в фокальном пятне, а также размер пятна (л см) в фо жальном сечении, Зная фокусНбё расстояние линзы ( f ), расходимость пуч ёа лаЗёрнЬто излучения, определяют по формуле . : ; :г:----- ---г4:- -- -Недостатками тсйосстба являются огранйчение измеряемьгх лазерных пучков за счет разрушения материала оптического клина, поглбщение всей энергии излучения на измерительной системе П:ри прбведении измерений, невозмож нбсть просле:жй1ГатьHsl elieiraS в еличинь расходимости во времени. Целью изобретения является расшире ние динамического диапазона измеряе ных пучйбв по интёнсйвности, упроще32ние процесса, обеспечение измерения расходимости, быстро изменяющейся во времени, и использование лазерного пучка в процессе измерений. Цель достигается тем, что в области фокусировки с ПОМОЩЬЮ какого-либо взаимодействия излучения с веществом выявляют объем изофоты исследуемого пучка, где происходит взаимодействие, и о расходимости судят по геометрической, форме и размерам этого объема, Расширения диапазона измерений по интенсивности достигают использованием эффектов взаимодействия, возникающих при высоких интенсивностях излучения. Например, интенсивности возникновения свечения частиц аэрозоля составляют 10 -10 вт/см. Изменение расходимости во времени определяют с помощью фиксации формы изофоты в определенные моменты времени (например , применяют киносъёмку фокальной области), Лазерный пзгчок, проходя область, в которой проводятся измерения, практически не ослабляется и может быть далее использован. На пути прохождения оптического пучка, исследуемого лазера ГОС-301, размещают линзу с фокусным расстоянием, например 25 см. За линзой, распыляют аэрозоль, например,сажи с размером частиц 1 - 3 мкм и с концентрацией - 10 см при помощи пылевого генератора. Затем облучают запыленный таким образом объем импульсов исслёдуемого лазера длительностью. if 0,8 мс с энергией дж. При этих условиях наблюдают ярко св.е-тящуюся изофоту пороговых значений для свечения данного аэрозоля (см, фиг, 1), Распределение плотности мощнбсти посечению пучка в плоскости линзы у этого лазера близко к гауссов скому с размером Л(2 см. Радиус произвольной изофоты в фокальной плоскрсти бпределяют из уравнения r-i f гдед --- размер пятна в фокусе по спаду интенсивности в е раз , S - расходимость излучения по спаду интенсивности в 25слл - фокусное расстояние линзы. 4(5 - размер пучка на зеркале; Z - точка на оси пучка, где радиус изофоты равен нулю. Представляют размеры Гг и -Zg по фотографии и полегчают уравнение . 0,12 дЧь(.) . уравнение решают и получают 1, и расходимость 10-1 25 1,3-10 Результат измереНИИ этой же величины с помощью традиционной методики дает хорошее согласие с этой цифрой (паспортное значение расходимости б не хуже 1,7 - 1СГ2). 702 5 10 15 13 . 4 Использование изобретения позволяет измерить одну из важнейших характеристик лазерного излучения - расходимость, практически не прибегая к специальной аппаратуре. Это дает практическую экономию в средствах, зависящую от характеристик излучения конкретного лазера. С увеличением выходной энергии лазера эта цифра быстро увеличивается. Кроме того, предлагаемьй способ позволяет измерять расходимость, быстро изменяющуюся во времени, и не искажает исследуемый пучок. По данному спо.собу на предприятии проводили.измерения расходимости на импульсном СО лазере, лазере на стекле с неодимом и ряде других лазерах. Результаты дают хорошее согласование с ранее применявшимися методиками.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДИЙО^г-' СТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, основанньш на проведении измерений в фокал:ьной области сфокусированного лазерногоизлучения," отличающийся тем, что, 'с целью расширения динамического диапазона измерения по интенсивности, определения измерения'величины расходимости во времени, использования пучка в процессе измерения и упрощения процесса приведений' из- ' мерений, в области фокусировки определяют форму произвольной изофоты в разные моменты времени с помощью, например, характерно взаимодействия лазерного излучения '~С'"а'эр'бЭб'лём,~''1ё-'" 'мёр^яют геометрию изофоты и расходимость определяют из уравнений, связывающих геометрические характеристики изофоты с раходимостью.1чЭ;о со