Способ измерения радиуса кривизны волнового фронта лазерного пучка

(51).5УДАРСТВЕНИЫЙ ИОМИТЕТ СССР Я 23 03 САНИЕ ИЭОБРЕТОРСНОЬВУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я 3 Новаячком. СА КРИРНОГО по аклАм изоВРеткиий и отиРцт(71) Институт оптики атмосфСО АН СССР(56) Харди Дж. Активная опттехника управления световымТИИЭР, 1979, т. 66 В 6, с.ЭПатент 0 ПА У 4477720,кл. С 01 Л 1/20, 3986.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РВИЗНЫ ВОЛНОВОГО ФРОНТАПУЧКА(57) Изобретение относится к областиизмерения пара етров лазерного излучения и может использоваться в адаптивной оптике. Цель иэобретения -снижение энергетических потерь к упрощение измерений дпя лазерного излучения высокой энергии. Цель достигается тем, что по размерам сигнала обратного рассеяния определяетсяразмер лазерного пучка на джьности, меньшей длины нелинейности. Ра"диус кривизны волнового фронта определяется отношением размера излучающей апертуры к угловому приращенимежду размером излучающей апертуры иразмером сечения пучка. 2 нл.14366.31 50 Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может быть использовано в адаптивных оптических системах фокусировки импульсного лазерного иэлуче ния на удаленные объекты для измерения радиуса кривизны волнового фронта начального поля излучения лазерного генератора. 10Целью изобретения, является снижение энергетических потерь и упрощение измерений радиуса кривизны волнового фронта лазерного излучения с повышенной энергией.:ФНа Фнг. 1 приведена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг,2 - схема формирования лучка.Устройство содержит синхронизатор 1, лазерный генератор 2, адаптивную оптическую систему 3, приемную оп" тическую систему 4, матрицу 5 прием" ников оптического излучения, временной селектор 6, измеритель 7 размеров изображения принимаемого сигнала и 25 измеритель 8 радиуса кривизны волнового фронта.Принцип. работы устройства поясня" ется фиг.2, где в приближении геометрической оптики показана схема Форми- З 0 рования сфокусированного лазерного пучка в плоскости ХОУ, где АА - излучающая апертура источника, дуга ВВ " фаэовое распределение чачального поля источника с радиусом кривизны РВ 0 = В ЛОЭ, СС - линейный размер поперечного сечения пучка на расстоянии 00Ь от источлика, Из простых геометрических соотношений величина Г для апертур, использую щихся на практике (АА = 1 м), иАА расстояний Ь1 км Р ООАА -ССИэ этого выражения следует, что для определения радиуса кривизны волнового фронта начального поля источника необходимо измерение линейных размеров излучающей апертуры и поле" речного сечения лазерного пучка на расстоянии Ь.Линейные размеры излучаицей апертуры могут .быть измерены известными методами и являются паспортной характеристикой лазерного генератора. Для измерения линейных размеров попереч" ного сечений пучка на некотором расстоянии от источника (ЬР) в изобретении используется сигнал обрат-ного рассеяния,П распространение прямого высокоинтенсивного лазерного излучения ока" эынает влияние тепловое самовоздействие и турбулентность, а на слабоин"тенсивный сигнал обратного рассеяниятурбулентность. Поэтому проводиласьоценка влияния теплового самовоэдействня и турбулентности. Расчеты проводились для наиболее типичных характеристик пучка с повышенной энергией излучения и параметров ее приемопередающего тракта. Длина волны 8 10 см, радиус кривизны волнового фронта Р от 10 м до бесконечности, параметр нелинейности варьировался от 10 до 10 , структурная характерис 3 тика флуктуаций диэлектрической прони" цаемости воздуха последовательно задавалась от 10 мдо 10мэффективные радиусы передающей и приемной апертур 0,5 м, расчеты проводились для плоскости резкого изображения. В результате проведенных расчетов установлено, что при дальностиприема меньшей длины В и нелинейности (Ь ( К) максимальное значение интенсивности принимаемого сигналауменьшается на 5% вследствие влияния теплового самовоздействия и турбулентности атмосферы при неблагоприятных условиях распространения. При этом изменение размеров иэображения принимаемого сигнала и смещение координат его энергетического центра не превышает 1%.Устройство работает следующим образом.Лазерный генератор 2 генерирует последовательность импульсов оптического излучения, которые, пройдя через адаптивную оптическую систему 3 Формирования пучка, направляются на удаленный объект. Пучок, распространяясь в атмосфере, рассеивается на ее компонентах, и сигнал обратно-го рассеяния через приемную оптическую систему 4 поступает на матрицу 5 приемников оптического излучения. С выхода последней с помощью временного селектора 6, работа которого с помощью синхронизатора 1 привяэыва" ется к периоду повтдрения импульса, выделяется сигнал, соответствующий заднему Фронту каждогоизлучаемого импульса. При этом длительность каждого сигнала равна длительности ст 9 обирующего импульса, выбираемой иэ условия обеспечения минимальной ошибкиЭ 14366 измерения, а дальность приема задается априорно не превьпчаюшей длину нелинейности. В измерителе 7 размеров изображения принимаемого сигнала для6 каждого импульса, поступающего иэ временного селектора 6, измеряются размеры изображения, по которым в измерителе 8 радиуса кривизны волнового фронта определяется искомый радиус кривизны волнового фронта каждого излучаемого импульса.В отличие от прототипа в данном решении не требуется принудительного отвода части излучаемой энергии в измерительное устройство, так как для измерения радиуса кривизны волно" вого фронта предлагается использовать информативные свойства сигнапа обратного рассеяния. Это позволяет снизить 20 энергетические потери, а также упростить реализацию способа измерения радиуса кривизны волнового фронта ла. зерного пучка. 314лазерный пучок и измеряют хярактернсгики поперечного сечения пучка, по которым рассчитывают радиус кривизны волнового фронта, о т и и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения энергетических потерь и упрощения измерений для лазерных пучков с повьоенной энергией, перед измерениями регистрируют излучение, рассеянное атмосферой в обратном направлении с расстояния Ь, не превышающего длину нелинейности, по характеристикам укаэанного излучения измеряют размеры поперечного сечения пучка на расстоянии Ь от иэлучачцей апертуры, определяют угловое приращение между размерами излучающей апертуры и размерами поперечного сечения пучка на расстоянии Ь, а радиус кривизны волнового фронта лазерного пучка Р рассчитывают по отношению размеров иэлучакаей апертуры к их угловому приращению по формуле25формула изобретения аф шю аа- агде а, а- эффективные радиусы изСпособ измерения радиуса кривиз- лучающей апертуры и поперечного сече ны волнового фронта лазерного пучка, ния пучка иа расстоянии Ь от нее соотзаключающийся в том, что формируют 30 ветственио.143 б 631 дФи В. Капечицавчук Составитеп Техред А,дактор Т.Юрчикова ктор М.Демчик 5 бб Подписноео комитета СССРЙ и ОткрьГРие 1ская наб., д, 4/5 Тираж ВИИПИ Государственног по делам изобретени 113035., Москва, Ж, Рауш