Способ измерения мощности импульсного излучения

(51)М, Кл,2 С 01 д 5/10 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(71) ЗаяВИтЕЛЬ Институт физики АН Украинской ССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОШНОСТИ ИМПУЛЬСНОГОИЗЛУЧЕНИЯ Изобретение относится к области измерения импульсного излучения с помощью пироэлектрических приемников излучения и может, быть использовано для измерения одиночных импульсов оптических квантовых генераторов (ОКГ) в нано- и пикосекундном диапазонах длительностей,Известен способ измерения мощности импульсного излучения, заключающийся в следующем: при измерении мощности кратковременных импульсов с помощью пироэлектрических приемников излучения длительностью г ( 10 8 с выбирают малые нагрузочные сопротивления В так, чтобы электрическая постоянная времени была меньше длитель"ности импульса г.При этом пропорционально уменьшению величины й снижается чувствительность пироприемника, и при измерении очень коротких импульсов длительностью 10 -10 с она становится настолько малой (вольт-ваттная чувствительность пироприемника из моно- кристалла ниоьата лития составляет 10 -10 В/Вт), что импульсы излучения не могут быть зарегистрированы существующими осциллографами без усиления. Кроме того, при регистрации мощных импульсдв 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 измеряемым 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 (10 - 10 "с) 1 тот способ не пригоден, так каки .тнительность приемника при использовании его в описанных режимах недостаточна.Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение верхнейграницы измеряемых мощностей,Цель достигается тем, что по спосо,бу измерения мощности импульсного излучения путем регистрации сигнала,снимаемого с облучаемого измеряемымпотоком поляризованного сегнетоэлект Орического элемента, начальную температуру элемента выбирают на спадетемпературной зависимости спонтаннойполяризации, измеряют угол наклонаотклика пироэлектрического тока вего начале.СНа фиг, 1 приведена блок-схемаспособа измерения мощности импульсного излучения; на фиг. 2 - температурная зависимость спонтанной поляризации Рс (Т) в сегнетоэлектрике с фазо Овым переходом 2-го рода, показан выбор начальной температуры Т элемента;на фиг, 3 - отклик пироэлектрическогоимпульсного тока при воздействии импульсного излучения прямоугольной . 25форж.Блок-схема способа включает источник 1 излучения, детектор 2 излучения, измеритепь 3 сигнала.Способ осуществляют следующим об- ЗОразом.Выбирается нелинейный режим работысегнетоэлектрического приемника. Начальная температура элемента выбирается на спаде температурной зависимости спонтанной поляризации (фиг. 2),Под действием импульсного излучениясегнетоэлектрический элемент перегревается настолько, что переходит иэполярной фазы в неполярную. При этом,в результате исчезновения спонтанной 4 О. поляризации Р в элементе, на егообкладках, перпендикулярных полярнойоси, выделяется большой заряд.и приподключении элемента к нагрузочномусопротивлению через последнее протечет больший ток. Например, от сегнетоэлектоического элемента размером21 мм из монокристалла триглицинсуль"фата со спонтанной поляризацией"10" Кл/см 2 за время импульса 50г Г - 10 с мощностью 10Вт/см че - ,9 2. рез нагрузочное сопротивление 500 Омпротечет ток 1 А и выделится потенциал 50 В,При выборе рабочей точки приемника намного ниже точки Кюри, когда режим работы приемника является линейным, при этих же условиях на нагрузочном сопротивлении выделится потенциал в 10 раз меньший, Измеряемойвеличиной является тангенс угла на Оклона кривой пироэлектрического токав ее начале (ус(, фиг. 3), поэтомурезко расширяется верхняя границаДинамического диапазона по мощности измеряемых импульсов. Например, для элемента из монокристалла триглицинсульфата при работе в нелинейном режиме можно регистрировать импульсные мощности10" Вт/см (Г - 10с) в случае объемного поглощения излучения. В линейном режиме верхняя граница динамического диапазона для такого же приемника не превышает 10 ф Вт/смП ров еде нный те орет ич еский а нализ работы пироэлектрического приемника излучения в нелинейном режиме ( в области фазового перехода) показывает, что производная (тангенс угла наклона кривой пироэлектрического сигнала) пропорциональна мощности излучения импульса: гд Формула изобретени Способ измерения мощности импульсного излучения путем регистрации сигнала, снимаемого с облучаемого измеряемым потоком поляризованного сегнетоэлектрического элемента, о т л и ч а ю щ и й с я 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. е Рс (Т) - спонтанная поляриза ция;Сх - константа Кюри;Я - коэффициент поглощенияизлучения элемента;Г - толщина элемента;С - теплоемкость единицыобъема;6,1- поглощающая спосббностЫИ - индуцируемая мощностыК - коэффициент пропорциональности,Способ найдет применение при измерении кратковременных импульсов(10 + 10 с) оптических квантовых генераторов мощностью 10 -10 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 значитель" но повысить чувствительность и расширить верхнюю границу измеряемых мощностей.