Способ измерения расходимости лазерного излучения

ЯО 702913 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4(51) Н 01 Я ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДИМО:СТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, основанныйна проведении измерений в фокальнойобласти сфокусированного лазерного излучения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения по интенсивности, определения измерениявеличины расходимости во времени, использования пучка в процессе измеренияи упрощения процесса йроведения из=мерений, в области Фокусировки определяют форму произвольной изофотыв разные моменты времени с помощью,например, характерно взаимодействиялазерного излучения с аэрозблем, йз-меряют геометрйю изофоты и расходимость определяют из уравнений, связывающих геометрические характеристики изофоты с раходимостью.1 7029Изобретение относится к областилазерной техййки, в частности к техУже"измерейия расходймости пучковлазерных установок, и может быть использовано для измерения угловой рас 5ходимости излучения лазеров.Известен способ измерения расходимости, основанныйна фотографированиисфокусированного исследуемого пучкас помощью фоточувствительного элеменО- та; размещенного непосредственно вфокальной плоскости линзы, По Винеруфотографирование производится с пойощью нескольких линз, направленныхна экран, на которьп" сфокусированисследуемый Пучок а для получения" различных экспозиций перед линзамиразмещают фильтры с различным пропусканием 1 1 ,Известен также способ измерениярасходимости, основанный на разделе"нии исследуемого пучка на- ряд пространственно подобных пучков различной интенсивности с помощью зеркальногоклина, Пучок пропускают сквозь клин, 25Пройдя клин, пучок дает первый сигйал,отразившись от обеих зеркальныхстенок клина - второй, идущий подуглом 2 о ( Ы -"угол привершине клина) с интенсивностью в Я Рразаменьшей ( Р - коэффициент отражениястенок клина), затем снова отразившись от обеих стенок клина - третийи т.д. Если клин поместить за линзойто в фокальной плоскости ее при фотографировании получается ряд Отпечат- З 5- - Ков" сразмерами, соответствующими размерам-пучка по мере ослабления его интенсивности в ( РР 2 раз ( и - номеротпечатка).Таким образом, по отпечаткам опре деляют распределеййе интенсивностилазерного излучения в фокальном пятне, а также размер йятна ( д см) в Фо"кальномсечении, Зная фокусйое "Расстояние линзы ( Е ), расходимость луч= ка лазерного излучения, определяютпо Формуле В=дГЯ 2.Недостатками способа являются ог раничение измеряемых лазерных пучковза счетразрушения материалаоптического клина, поглощение всей энергии"йзлучения наизмерительной системепри проведении измерений, невозможность прослеживать йзменения величинырасходимости во времени,55Целью изобретения является расширение динамического диапазона измеряе-мых йучков по интенсйвности, упроще 13 2ние процесса, обеспечение измерениярасходимости, быстро изменяющейсяво времени, и использование лазерного пучка в процессе измерений.Цель достигается тем, что в обла-сти фокусировки с помощью какого-либовзаимодействия излучения с веществомвыявляют объем изофотыисследуемогопучка, где происходит взаимодействие,и о расходимости судят по геометрической форме и размерам этого объема,Расширения диапазона измерений поинтенсивности достигают использованием эффектов взаимодействия, возникающих при высоких интенсивностях излучения. Например, интенсивности возникновения свечения частиц аэрозолясоставляют 10 -10 вт/см",9Изменение расходимости во времениопределяют с помощью фиксации Формыизофоты в определенные моменты времени (например; применяют киносъемкуФокальной области),Лазерный пучок, проходя область,в которой проводятся измерения, практически не ослабляется и может бытьдалее использован.На пути прохождения оптическогопучка, исследуемого лазера ГОС,размещают линзу с фокусным расстояйием, "например =25 см, За линзойраспыляют аэрозоль, например,сажи сразмером частиц 1 - 3 мкм и с концентрацией10 смпри помощи пылевого генератора. Затем облучаютзапыленный таким образом объем импульсов исследуемоголазера длительностью. С= 0,8 мс с энергией С=20 дж.При этих условиях наблюдают ярко светящуюся изофоту пороговых значенийдля свечения данного аэрозоля (см,Фиг. 1). Распределение плотности мощности по сечению пучка в-плоскостилинзы у этого лазера близко к гауссов скому с размером в =2 см, Радиус произвольной изофоты в Фокальной плоскости определяют из уравнения 91где д: -- размер пятна в Фокусе2по спаду интенсивностив е 2 раз,О - расходимость излученияпо спаду интенсивностив Ораз;1:2 ск - Фокусное расстояние линзы,702913 10 Редактор О. Юркова Корректор М. Розман Техред Л,Коцюбняк Тираж 638 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Заказ 4492/2 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 3Ло - размер пучка на зеркале;Е- точка на оси пучка, гдерадиус изофоты равеннулю,Представляют размеры Г и -7 по 5фотографии и получают уравнение2 у-2ь А = 1 3 .10 , Результат из 25мерений этой же величины с помощью 15традиционной методики дает хорошеесогласие с этой цифрой (паспортноезначение расходимости 8 не хуже1,7 -1 Г) 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, предлагаемый способ позволяет измерять расходимость, быстро изменяющуюся во времени, и не искажает исследуемый пучок,По данному способу 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.