Способ измерения мощности импульсного излучения Советский патент 1980 года по МПК G01J5/10 

Изобретение относится к области измерения импульсного излучения с помощью пироэлектрических приемников излучения и может .быть использовано для измерения одиночных импульсов оп тических квантовых генераторов (ОКГ) в нано- и пикосекундном диапазонах длительностей. Известен способ измерения мощности импульсного излучения, заключающийся в следующем: при измерении мощ ности кратковременных импульсов с помощью пироэлектрических приемников излучения длительностью г с выбирают малые нагрузочные сопротивления R так, чтобы электрическая постоянна.я времени была меньше длитель ности импульса тс. При этом пропорционально уменымению величины R снижается чувствитель ность пироприемника, и при измерении очень коротких импульсов длительностью она становится настолько малой (вольт-ваттная чувствительность пироприемника из монокристалла нио&ата лития составляет В/Вт) , что импульсы излучения не могут быть зарегистрированы существующими осциллографами без уси ления. Кроме того, при регистрации мощных импульсЪв ППИ может перейти в нелинейный режим работы (нарушается пропорциональность между мощностью излучения и амплитудой выходного сигнала) и в нелинейную область экрана осциллографа. Известен также способ измерения мощности импульсного излучения с помощью пироэлектрических приемников излучения. Измеряемый лучистый поток направляют на чувствительный элемент приемника, выполненный из монокристалла танталата лития. В результате нагрева измеряекаам потоком излучения сегнетоэлектрический элемент приемника вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный мощности излучения. Измерения проводят в диапазоне температур, выбираемом вдали от точки Кюри, поскольку нагрев сегнетоэлектрика допускается до области фазовых переходов (при этом не нарушается линейность характеристики выходного сигнала). По величине амплитуды осциллографируемого пироэлектрического сигнала однозначно определяют мощность излучения. Однако для измерения кратковременных импульсов ( 1 ) способ не пригоден, так как -п-и.-тнит.ельность приемника при использоваНИИ его в описанных режимах недоста точна.

Цель изобретения - повьмение чувствительно.сти и расширение верхней границы иэмеряег-Фах мощностей.

Цель достигается тем, что по спосо.6у измерения мощности импульсного иэлучения путем регистрации сигнала, снимаемого с облучаемого измеряемым потоком поляриэовантного сегнетоэлектрического элемента, начальную температуру элемента выбирают на спаде температурной зависимости спонтанной поляризации, измеряют угол наклона отклика пироэлектрического тока в его начале.

На фиг. 1 приведена блок-схема способа измерения мощности импульсного излучения; на фиг. 2 - температурная зависимость спонтанной поляризации PC (Т) в сегнетоэлектрике с фазовым переходом 2-го рода, показан выбор начальной температуры Т элемента; на фиг. 3 - отклик пироэлектрического импульсного тока при воздействии импульсного излучения прямоугольной формы.

Блок-схема способа включает источник 1 излучения, детектор 2 излучения, измеритель 3 сигнала.

Способ осуатествляют следующим образом.

Выбирается нелинейный режим работы сегнетоэлектрического приемника. Начальная температура элемента выбирается на спаде температурной зависимости спонтанной поляризации (фиг. 2). Под действием импульсного излучения сегнетоэлектрический элемент перегревается настолько, что переходит из полярной фазы в неполярную. При этом, в результате исчезновения спонтанной поляризации Р в элементе, на его обкладках, перпендикулярных полярной оси, вьэделйется большой заряд и при подключении элемента к нагрузочному сопротивлению через последнее протечет больший ток. Например, от сегнетоэлектрического элемента размером 1 мм из монокристалла триглицинсульфата со спонтанной поляризацией Кл/см2 за время импульса с мощностью 10 Вт/см через нагрузочное сопротивление- 500 Ом протечет ток 1А и выделится потенциал 50В.

При выборе рабочей точки приемника намного ниже точки Кюри, когда режим работы приемника является линейным, при этих .же условиях на нагрузочном сопротивлении выделится потен,циал в 10 раз меньший. Измеряемой величиной является тангенс угла наклона кривой пироэлектрического тока в ее начале {tgd, фиг. 3), поэтому резко расширяется верхняя граница

Динамического диапазона по мощности измеряемых импульсов. Например, для элемента из монокристалла триглицинсульфата при работе в нелинейном режиме можно регистрировать импульсные е мощности Вт/см ( с) в случае объемного поглощения излучения. В линейном режиме верхняя граница динамического диапазона для такого же приемника не превышает

10 Вт/см.

Проведенный теоретический анализ работы пироэлектрического приемника излучения в нелинейном режиме ( в фазового перехода) показывает, что производная (тангенс угла

наклона кривой пироэлектрического сигнала) пропорциональна мсиности излучения импульса:

41ГРс(Т )&ЛКе

N-K.W,

С,1ЙС

где PC (Т) спонтанная поляризация;

С|,; - константа Кюри;

R - коэффициент поглощения 5излучения элемента;

6 - толщина элемента; С - теплоемкость единицы

объема;

6д - поглощаквдая спосббность; индуцируемая мощность;

К - коэффициент пропорциональности.

Способ найдет применение при измерении кратковременных импульсов 5 (10 ) оптических квантовых генераторов мощностью Вт/см Метод позволяет регистрировать импульсы, непосредственно подавая сигналы с пироприемника на пластины регистратора.

Совокупность режимов и приемов в

предлагаемом способе измерения мощности излучения позволяет значительно повысить чувствительность и расширить верхнюю границу измеряемых мощностей.

Формула изобретения

Способ измерения мощности импульсного излучения путем регистрации сигнала, снимаемого с облучаемого измеряемым потоком поляризованного сегнетоэлектрического элемента, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения верхней границы измеряемых мощностей, начальную температуру элемента выбирают на спаде температурной зависимости спонтанной поляризации,

измеряют угол наклона отклика пироэлектрического тока в его начале, по которому определяют величину мощности импульсного излучения.

h-

c (Г )

J(t)

т

Фиг..