Способ измерения радиуса пространственной когерентности

ОЮЭ СОВЕТСКИКОЦИАЛИСТИЧЕСНИКСПУБЛИК А 1 1 Л 3 00 ИЯ ЕТ в,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Институт оптики атмосферы СО АН СССР(56) Мирзаев А.Т. и др. Когерентность излучения лазеров, Обзоры по элект" ровной технике, ч.11, сер.4. М.,ЦНИИ "Электроника", 1979, с.40.Аленцев Б.М. и др. Измерение, спектрально-частотных и корреляционных параметров лазерного излучения. М.: "Радио и связь, 982, с.259. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОГЕРЕНТНОСТИ (57) Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может быть использовано для дистанционного измерения радиуса пространственной когерентности источников инфракрасного излучения произволь ной мощности. Цель изобретения - обес печение дистанционности и повышение оперативности измерений. Для иэмерення радиуса пространственной когерентности исследуемого излучения ла" зерный пучок фокусируют с помощью оптической системы в выделенной области рассеивающей среды, рассеянное излучение иэ области фокусировки при" нимают по крайней мере в двух точках одновременно, излучение регистрируют и преобразуют в электрические сигналы, определяют их взаимную корреляционную функцию, радиус пространственной когерентностиопределяют по расстоянию , между точками приема рассеян" ного излучения, при котором корреляционная функция уменьшилась вщ раз, по формуле р = , (- 1 п щ) /2, где щ = 1/е нли 1/2. Прием рассеянно- Е го излучения из области фокусировки исследуемого излучения, где плотность, излучения максимальна, позволя- С ет увеличить отношение сигнал/шум и соответственно увеличит дальность иэ" мерений. Измерение радиуса простран, ственной когерентности возможно на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров, 1 ил.(1 -1)(1 зс 1 р).Обычно принимают ш -"- , гдеее - основание натуральных логариф"мон;-, или ш1/2. Радиус когерентности 3 определяют по Формуле"- Э, (-1 пш)/Г 2, Средний размер а частично когерентпсго пучка на расстоянии 1. от источника в турбулентной атмосфере оп" ределяются Формулой1,а(1- ,") +( )" н оа 5 О Изобретение относится к области измерения параметрон лазерного излучения и может быть использовано для дистанционного измерения радиуса про 5 странстненной когерентности источников инфракрасного излучения произволь пой мощпостиеЦелью изобретения является достижение дистанционности и повышение щ Фоперативности измерения радиуса пространственной когерентности.На чертеже изображена схема уст ройства, реализующего способа измерения радиуса пространственной когерентности лазерного излучения.Исследуемое излучение от лазерас помощью оптической системы 2 фоку" сируется в области 3 рассеивающей среды. Рассеянное средой излучение2 О через приемные апертуры 4,5 принимают Фотоприемники 6, 7, где излучение преобразуется в электрические сигналы, С помощью строб-блока 8 и коммутаторов 9,10.на коррелометр 11 посту пают электрические сигналы, пропор" циональные интенсивности излучения, рассеянного из области 3 Фокусировки, Изменяя расстояние между приемни" ками или установив несколько прием- ЗО ников на разных расстояниях относительно друг друга, определяют такое расстояние , между точками приема рассеянного излучения, при котором корреляционная Функция В,(3) интенсивностей рассеянного излучения 1 и 1 , принятого через приемные апертуры 4 и 5, уменьшается в ш раз по . сравнению со своим значением при расстоянииО. 40Корреляционная Функция В,(р) определяется осредненпем, обозначаемым знаками с .: где а - радиус излучающей апертуры оптической системы 2; Г - радиус кривизны волнового Фронта в центре2 1излучающей апертуры;7 - длина волны; р,(1,45 с С 1.)радиус когерентности плоской волныгФСи - структурная характеристикафлуктуаций показателя преломления.Если частично когерентное излучЕние Фокусируется ( в1) большойГапертурой 1 оптической системы 2а= в -е ) .1 на заданной дальности11 то первое слагаемое (геометрический размер) обращается в ноль, а нторое оказывается пренебрежимо мало посравнению с третьим.4В многомодовых лазерных пучках,возбуждаемых н сферическом резонаторе лазера,43 а Мгде 1, - число поперечных мод, а отношение третьего слагаемого ко второму равно а /рк - И следовательгно, вторым слагаемым можно пренебречь,Последнее слагаемое определяет влияние турбулентности на средний размер пучка, Пусть 1. = О м, а =31 му 9, = 106 10 и. При этом2О = б 10 и условие Я )выполнено. Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда С = Си=. 10 м Тогда для радиуса , получаем оцен- ку р 0 = 0,37 м, а отношение третьего слагаемого к четнертому оказывает" ся равно (/р )"7,3 М Поэтому четвертым слагаемым также можно пренебречь, В итоге имеемИз"за случайного попожения большого числа н рассеивающей области интенсивноеть рассеянного .излучения явля. ется Гауссовой случайной величиной, корреляционная Функция которой определяется в виде Б,(р) =Г (р) где Г - Функция взаимной когерентцости рассеянного излучения. Вследствие этого н плоскости наблюдения возникает случайная пятенная картина14297 Способ измерения радиуса прост"ранственной когерентности лазерного 5 излучения, заключающийся в освещениирассеивающего объекта исследуемым:.лазерным излучением, фокусировке этого излучения на объекте и регистрации рассеянного излучения,о т л и ч а ю щ и й с я тем,что,с целью дос"тижения дистанционности и повышенияоперативности, рассеянное излучениепринимают иэ области фокусировки исследуемого излучения одновременно покрайней мере в двух точках, преобра"зуит интенсивности рассеянного излучения в электрические сигналы, определяют их взаимную корреляционнуюфункцию, а радиус пространственнойкогерентности р определяют по расстоянию р, между точками приема рассеянного излучения, прн котором корреляционная Функция уменьшается в ш разпо Формуле1ш е )е Э=, (-1 п ш)/42. с характерным размером неоднородностей и где р, - радиус корреляции Флуктуаций интенсивности (Э,1./ / Г 2 Мв). Ь 5Поскольку о, то радиусв р ф . с когерентности поля рассеянного излучения совладает с радиусом /) когерентности источника, т.е с " Рка 10 величина , связана с ним соотношением= э/ Г 2, Отсюда 3 к/42. Эта формула соответствует значению ш1/е.В то же время в ГОСТ 24453-80 "Измерение параметров и характеристик лазерного излучения, термины н определения и буквенные обозначения"4% радиус пространственной когерентности определяется как расстояние между 0 точками, при котором степень пространственной когерентности принимает значение, равное 1/2. Тогда формула для ) принймает вид р Р,(-1 п 1/2)/ / 2. Если же масштабы ), и Р определять по убыванию соответствующих Функций в ш раз, то1= б (-1 п ш)42 (ш- - - или92 . 3 Дистанционность измерений обеспечивается приемом рассеянного излуче-ния из области фокусировки, что позволяет увеличить отношение сигнал/шуи и соответственно увеличить дель"ность измерений,Повьппение оперативности измерений достигается эа счет непосредственного определения искомого параметра по показаниям корредоиетра, чтопозвбляет измерять искомый параметр,практически в реальном времени.Пример соотношения параметров45Пусть Ь 10 м, а м, % = 10,6 фв 05и С 10 ии,ф 11 О 4 то гда р, 2, 5 см. Для ус транення. усредняющего действия приемников на флуктуации интенсивности рассеянного излучения входные апертуры долеим иметь размеры а 6 0,25 см, а расстояние между ними должно изменяться в пределах 0,5 с Р, й 5 си,Изобретение позволяет проводить измерения радиуса когерентности излучения большой мощности, так как используется рассеянное излучение. Увеличивается также разрешающая способность, которая при Фотографической регистрации ограничена мощностью исследуемого излучения за счетнасыще" ния Фотоматериалов Формула н э о б р е т е н и яТиражСПИ Государственногьо делам изобретениМосква, Ж, Раун Подписноекомитета СССРи открытийскан наб., д. 4/