Устройство для измерения диаметра пучка лазерного излучения Советский патент 1983 года по МПК G01J1/04 H01S3/00 

;о

00

о ел

о

00

Изобрегение относится к измерительной технике, в частности к аппаратуре для измерения характеристик лазерных пучков пироэлектрическими приемниками излучения.

В настоящее время для измерения диаметра лазерного излучения в широком спектральном диапазоне используют многоэпементные пироэлектрические приемники р

Однако для измерения пучков малого диаметра ( ф 10-15 мм) указанные устройства непригодны ввиду того, что минимальные-размеры ячейки матричного пироэлектрического приемника, а следовательно, и его пространственное разрешение в настоящее время составляет не менее 5 5 мм. Известно устройство для измерения диаметра паэернога пучка. Устройство содержит приемник изпучёния (калориметр) и набор диафрагм различного диаметра. Измерение диаметра пучка осуществляют подбором соояаетствуклцей диафрагмы. Пучку приписывают диаметр, равный диаметру диафрагмы, которая при ее введении сюлабпяет региструемую мощность излучения на 1О% от первоначального значения, измеренного без диафрагмы 2 К недостаткам такого устройства еледует отнести невысокую точность измерения диаметров лазерных пучков (точность измерения определяется шагом диаметров диафрагм); сложность юстировки (необ(хотмо точно попасть в центр диафрагмы); длительность измерительного цикла (требуется перебрать множество диафрагм, сложность обработки результатов измере НИИ; зависимость результатов измерений от изменения интенсивности лазерного изллчения. Целью изобретения является повышение точности измерения и скорости обрабо ки информации. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем диафрагму, тфиемник излучения и регистратор выходного сигнала ,приемник излучения выполнен в виде плоскопараллельной пластины из пн роулектрика, на одну сторону которой нанесен сплошной электрод, а на противоположную сторону - перфорированный электрод с последоватепБНЫМ рядом конгру энтных равноудаленных друг от друга отверстий прямоугольной формы, а диафраг ма выполнена в виде прямоугольной шели и установлена перпендикулярно направлению перфорации в электроде приемника

с возможностью последовательного перемещения по сечению лазерного пучка.

Указанное вьшолнение устро11ства повышает точность измерения диаметра иучка, поскольку информация D диаметре пучка не зависит от нестабильности мощности лазера, упрощается процесс юстировки, а также повышается скорость измерения. Кроме того, процесс измерения диаметра пучка может быть полностью автоматизирован.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - сигнал на выходе регистрирутаиего устройства, в частности на входе анализатора импульсов. Устройство для измерения диаметра пучка лазера непрерывного действия содержит подвижную прямоугольную диафрагму 1, механизм перемеш:ения диафрагмы 2, приемник излучения в виде плоскопараллельной пироэлектрической пластины 3, на одну сторону которой нанетен сплошной электрод 4, покрытый поглотителем 5, а на противоположную сторону - электрод 6 с прямоугольной перфорацией, и предварительный усилитель 7, выход которого соединен с анализатором и тульсов 8. Устройство работает следующим образом. Часть падающего пучка лазерного излучения W диаметром d через подвижную диафрагму 1 попадает на поглотитель 5 перфорированного пироприемника. В процессе движения диафрагмы поглотитель последовательно облучается отдельными участ1ШМИ сечения анализируемого лазерного пучка. Тепловые возмушентня от локально нагреваемых участков поглотителя через сплошной (обл}чаемь5й) электрод 4 распространяются вглубь пироэлектрической пластины 3. Если при этом длина перфорированных отверстий в электроде 6 больше длины подвижной диафрагмы, а их шаг с связан с .шириной диафрагмы Ъ и шириной перфорированного отверстия а соотношением ( а + Ъ , го при.выполнении условий а 5 Ъ и 5 Ъ , где 3 -промежуток между отверстиями, в соответствии с последовательным нагревом о.бластей пироэлектрика, ограниченных обшим электродом и промежутками между перфорированными отверстиями, последовательно будет изменяться спонтанная поляризация в них, что приведет к появлению на выходе приемника серии разделенных по времени электрических мпульсов. При двюкении изображения от диафрагмы по пироприемнику области.

на которые эго изображение надвигает ся, нагреваются и дают положительный вклад в пироотклик прием1тка, а области, с которых изображение ходит, остывают и дают отрицательный вклад в пироотклик приемника. Таким образом, результирующий пироэлектрический сигнал при прохождении изображения от диафрагмы в область ограниченную общим электродом и промежутком между перфорационньпу1и отверстиями, можно рассматривать как суммарный вклад от элементарных нагревающихся и остывающих областей. Время за которое иэобрай ение от диафрагмы полностью засветит промеясуток между отверстиями и, следовательно, сигнал достигнет максимальной величины, будет t Ъ / V , где Y - скорость движения диафрагмы, а так как Ъ 5, то t 3 /V . Амплитуда пироотклика завуюит как от мощности потока излучения, попадающего на промежуток, так и от ширины. диафрагмы и скорости ее движения. Если электрическая постоянная времени перфорированного приемника меньще длительности промежуточной области, а скорость движения диафрагмы постоянна, то на вход анал1-1затора импульсов поступит серия импульс}1ых сигналов

одинаковой длигельносги и полярности, акшлитуда которых будет пропорциональинтенсивности участков сечения лазерного пучка, вырезаемых диафрагмой.

Если шаг перфорации (J; электрода nptb емника известен и значительно меньше циаметрас измеряемого пучка, напри- мер{3 Iс 100, а алина перфо ре1аи электрода приемника Ц raem « число перфорационных отверстий, то число импульсов , поступивших на вход анализа- тора импульсов, будет связано с циаме р лазерного пучка соотношением с Ч и абсолютная погрешность измерения диаметра лазерного пучка будет ие более ( .Отметим, что шаг перфорации электрода приемника в предлагаемом устройстве может быть сделан менее 50 мкм. Тогда при измерении пучка диаметром 10 мм относительная погрешность измерений составит менее 0,5 %.

Устройство для измерения диаметра пучка лазера непрерывного действия . позволяет значительно сократить процесс измерения и проводить его с высокой точностью. Одновременно оно также дает информацию о пространственном распределении интенсивности по сечению пучка. .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ПУЧКА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее циафрагму, приемник излучения и регистратор выходного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышетш точности измерений и скорости обработки информации, приемник излучения вьшолнен в виде плоскопараплельной пластины из пироэлектрина, на. одну сторону которой нанесен сплошной электрод, а на противоположную - перфорированный электрод с последовательным рядом конгруэнтных равноудаленных друг от друга отверстий прямоугольной формы,. а диафрагма вьшолнена в виде прямоугольной щели и }становлена перпендикулярно направлению перфорации в электроде приемника с возмолшостью последовательного перемещения по сечению лазерного (Л пучка.