Измеритель размера поперечного сечения лазерного излучения Советский патент 1980 года по МПК G01J1/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размера поперечного сечения пучков излучения и расходимости пучков излучения импульсных лазеров.

Известны устройства для измерения сечения пучка лазерного излучения, состоящие из фотографического прибора и фотометра 1.

Недостатком устройств является длительное время получения результатов измерения, связанное с процессами химической обработки пленки и ее фотометрирования. К числу недостатков относится также узкий спектральный и динамический диапазоны измерений, обусловленные характеристиками фотоматериала, при этом процесс трудно автоматизировать.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель размера поперечного сечения лазерного излучения, содержащий тепловой приемник с термочувствительным рабочим телом, источник зондирующего излучения, фотоприемник и блок регистрации 2.

Известный измеритель поперечного сечения лазерного излучения обладает низкой точностью.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности измерения.

Для этого рабочее тело выполнено из материала со ступенчатой характеристикой чувствительности, например, нематического жидкого кристалла.

На фиг. 1 и 2 изображены схема измерителя и устройство теплового приемника.

Измеритель поперечного сечения пучка лазерного излучения состоит из теплового приемника 1, оптические свойства которого зависят от температуры по закону, близкому к ступенчатому, источника 2 зондирующего света, фотоприемника 3 и блока регистрации, состоящего из измерителя 4 параметров импульсов и устройства 5 обработки.

Измеритель дополнительно содержит светоделитель 6, измеритель 7 энергии, соединенный с блоком 5 обработки.

Тепловой приемник (фиг. 2) выполнен в виде кюветы с окнами 8 и 9, промежуточного окна 10. На внутреннюю поверхность одного из окон нанесен поглотитель 11, зеркало 12 и прозрачный электрод 13. На внутреннюю поверхность другого окна нанесен также прозрачный для излучения электрод 14. Это окно выполнено в виде клина.

Кювета заполнена нематическим жидким кристаллом 15. При подаче напряжения на электроды нематический жидкий кристалл при температуре ниже температуры фазового перехода становится непрозрачным за счет интенсивного рассеяния. Если температура кристалла превысит температуру фазового перехода, то рассеяние исчезает и кристалл становится прозрачным.

Блок индикации работает следующим образом.

До прихода импульса нематический жидкий кристалл теплового приемника находится в режиме динамического рассеяния и сигнал фотоприемника по зондирующему свету равен нулю. После прихода импульса часть жидкого кристалла, нагреваясь выше температуры фазового перехода, становится прозрачной и зондирующий свет, отразившись от зеркала, на фотоприемник сигнал фотоприемника пропорционально площади кристалла, ограниченной изотермой температуры фазового перехода Тц (TK cS приведенная температура).

Принцип работы измерителя состоит в том, что размеры пучка оценивают не по размерам площади просветленного кристалла, а по характеристикам изменения во времени сигнала фотоприемника, которые определяются поперечным размером пучка. Для пучка с нормальным распределением интенсивности излучения по сечению пучка, различие площади ограниченной изотермой TR будет равна:

S - (4sXt + R)ln- -4S T+lfRi

R - радиус пучка на уровне 1;

X-коэффициент температурной проводимости;

Р - энергия падающего излучения, коэффициент, определяемый поглощением приемной площадки.

Из этого уравнения видно, что сигнал фотоприемника, достигает максимума в момент Тч -T-() спадает до нуля к моменту ti S ir-

Следовательно, площадь пучкй 11::чражается через характерные времени импульса:

R2 (ti-t,l).

Можно обойтись без измерения времени достижения максимума сигнала, если перед тепловым приемником поставить светоделитель 6 (фиг. 1) и часть пучка отводить на измеритель 7 энергии. Тогда площадь поперечного сечения пучка можно определить через энергию излучения и длительность сигнала:

3rR2 -4KXt.

В соответствии с этим уравнением происходит преобразование сигнала В блоке об-, работки, на вход которого подаются сигналы измерителя энергии и измерителя 4 параметров импульсов.

Формула изобретения

1.Измеритель размера поперечного сечения лазерного излучения, содержащий тепловой приемник с термочувствительным рабочим телом, источник зондирующего излучения, фотоприемник и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, рабочее тело выполнено из материала со ступенчатой характеристикой чувствительности.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что рабочее тело выполнено из нематического жидкого кристалла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Хирд Г. Измерение лазерных параметров. М., «Мир, 1970, с. 133.

2.Чистяков И. Г. Жидкие кристаллы. М., «Наука, 1966, с. 109-112.

570

/

. Z