Способ измерения угловой расходимости лазерного излучения

(в БЕ Р КИХ РЕСПУБЛИКЕ ПАТЕНТНОЕ ВЩОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(4) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ РАСХОДИМОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯа) СОЮЗ СОВЕТ СОЦИАЛИСТИЧЕ ГОСУ РСТВЕНН 1(72) Аниниев ЮГГурари МЛ 01) 1 319Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к способам измерения и контроля параметров лазерного излученияОдин иэ известных способом измере ния расходимости лазера заключается в . том, что ответвители, установленные в двух сечениях, проектируют изобрмкение диаметров пучков на два экрана соответственно, В каждом экране вдоль диаметра на 0 одинаковом расстоянии друг от друга расдоложены точечные приемники излучения. Тогда диаметр пучка в каждом сечении преобразуется в число импульсов с выходов точечных приемников излучения, амплитуда .15 которых превышает заданный уровень измерения. Из разности числа импульсов, зарегистрированных экранами; можно найти расходимость излучения, ЖНедостатками такого метода является 20 труднбсть выполнения условия измерения в дальней зоне, а также наличие большого числа фотоприемников, что требует их относительной градуировки,Наиболее близким техническим реае- . 25 нием к предлагаемому изобретению является способ измерения угловой расходимости лазерного излучения, основанный на пространственном разделении исследуемого излучения на опорный и предметный потоки З 0 и их регистрации.Цепь изобретения - расширение диапа.зона длин воли исследуемого излучения иповышение. точности измерения. З 5Поставленная цель достигается благодаря тому, что преобразуют опорный поток в излучение с плоским фронтом волн, Изменяют направление опорного потока по атно шению к оси предметного й производят последовательное фотосмешение предметного патока с опорным для каждого его направления.Сущность способа заключается в том, 45 что измеряемый поток разделяют на предметный и опорный. Предметный пучок, расходймость которого хотят измерить с .помощью соответствующих ойтических эле-.ментов направляют на фотоприемник, пло-. 80 щадь которого больше площади сечения пучка, а чувствительность по поверхностипостоянна. Опорный пучок с помощью телескопической системы преобразуют в плоскую волну, а затем направляют на систему 55 качания луча, которая изменяет направление плоской волны на угол заведомо больший угла.расходимости. Затем направляют опорный пучок на фотоприемник. Комплексная амплитуда поля в точке скоординатой г на поверхности фотоприемника равнаЕ( г)=Е 1(г)+Ег(г,т),где Е 1(г) - поле предметного пучка в точке г,(для простоты рассмотрим сначала стациофнарный случай), Ег(гл) поле опорного пучкав той же точке. Поле опорного пучка-функция времени, так как волновой вектор егоизменяется по углу вследствие его качания.Фототок ф) на выходе фотоприемника пропорционален пооку излучения ф), падающего на всю приемную площадку 34= а ф а,( йг Е(г)+ Ег(гд)1,где а - коэффициент пропорциональности,8 - поверхность приемника1 ф= аа г(Е 1 о +Его ++ 2 Е ю.(г). Его (г) соэ К (1) г,ю+где Е 1 о(г) и Его (г) - амплитуды сигнааьногои опорного полей,К (т) - разность волновых векторов основного и опорного пучка.Выделим переменную во времени составляющую фототока п(т)"-+ ф- - -Ф -Фп= 2 а ХЕ 1 о(г) Его(г)соз К(с) гб а,8так как опорный пучок представляет собойплоскую волну с расходимостью меньшей,чем требуемая точность измерения в предрлах апертуры приемника, поле Его(г) постоянно и его можно вынести за знак интеграла. Ь(с)= 2 аЕгоХ Е 1 о(г) соз Кганг.3Полученное выражение представляетсобой двумерное преобразование Фурье,Следовательно, как и в методе фокальногопятна измеряемого угловое распределениеизлучения эквивалентно значению, измеренному в дзльней зоне, В данном случаеизмеряемое поле излучения можно записать как систему плоских. волн, распределенных по углам, и в каждый моментвремени с помощью опорной волны выделяется та составляющая, которая совпадает понаправлению с направлением опорной волны.Таким образом, если угловая скоростьперемещения опорного пучка постоянна(например, при равномерном вращениипризмы), то осциллограмма тока фотопри.70145 Г 40Формула изобретения,ния и повышения точности измерения,СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОЮЙ РАС. преобразуют опорный поток в излучение с ХОДИМОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, плоским фронтом волн, изменяют направоснованный на пРостранственном Разде мипредметного и проиэво т пос еление. опорного потока по отношению клении исследуемого излучения на опорный тельное фотосмешение предметного пото- . и предметный потоки и их регистрации, отличающийся тем,что, с целью расшиРения йаправлениядиапазона длин волн иследуемого излуча. емника будет повторять угловое распределение поля. При этом угловое распределение интенсивности будет определятье последующей формуле:51(О=ит)-Р(т),где д- угол, отсчитанный от оси симметриисигнального пучка,в- угловая скорость вращения опорного пучка.При другом законе качания необходимсоответствующий пересчет. Амплитуда качания угла должна выть больше или равнаполному линейному углу расходимости. В 15случае непрерывного лазерного излучения,пространственное Распределение которого .не изменяется во времени. на скорость ска- .нирования по углу не накладывается огра.ничений, . 20В случае импульсного сигнала времясканирования угла должно быть меньшедлительности импульса. Если в течение импульса расходимость изменяется значительно, то время сканирования не должно 26превышать промежутка времени, в течениекоторого расходимость можно считать неизменной, Используя двухлучевой осциллограф можно одновременно регистрировать .как временные, так и пространственные характеристикилазерного излучения,Блок схема устройства, реализующегоданный способ, приведена на чертеже.. Работа устройства осуществляется следующим. образом. 35Часть излучения лаэера 1 с помощьюответвителя 2 (если это необходимо) отводится в измерительный канал и с помощью делителя 3 пучок делится на опорный и )предметный. Для уменьшения расходимости опорного пучка по сравнению с предметным примерно на порядок применяется телескопическая система 4. Далее опорный пучок попадает на систему качания 5 (плоское зеркало, поворачивающееся относительно оси, проходящей через плоскость зеркала). Отразившисьот зеркала 5, пучок попадает на полупрозра ное зеркало 6 и, в свою очередь, отразившись от последнето, попадает на фотоприемник 7 (например, мозаичный пирозлектрический, выходы всех элементов которого соединены параллельно). Предметный пучок. отразившись от зеркала 8 и пройдя через полупрозрачное зеркало 6, также попадает на поверхность фотоприемника 7, Зависимость переменной составляющей тока фотоприемника регистрируетСя на осциллографе 9 или другом регистраторе (например числовом).8 данном способе, что является одним из его достоинств, не требуется многоканального регистратора (фотопленка, матричное пироэлектрическое устройство), что существенно облегчает процесс регистрации и обработки данных, а также повышает точность измерения. Достаточно иметь обычный фотоприемник (ФЭУ в видимом диапазоне, пироэлектрический приемник в ИК-области). Информация об угле расходимости визуально количественно наблюдается на осциллографе, а случае необходимости может быть заведена на сетноеустройство без предварительных преобразований.