Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения

(51)5 С 01 Л 5/20 ТЕ л. Ьд 23 А,М, Рай 8,8)идетельство СССР 01 Л 5 ЛО, 1987,ОПРЕДЕЛЕТИЧЕСКИХЛУЧЕНИЯ НЬЯ. ПРОУАРА 1.ТЕк измерии к уст-, остранстотносит аст деления п ких харак еристикт быть ия, и може к измерити к устройстранствен.Изо тельноистик лаыть испол ств измер еле нияи) в попе го излустранств я пучка изнствовани 1481603. ется повыена блок-схерост- терис ения хар х ЯГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГИЯМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТРАНСТВЕННО-ЗНЕ РИСТИК ЛАЗЕРНОГО (57) Изобретение тельной технике, ройствам для опр венно-энергетиче лазерного излуче бретение относится й технике,в частно ствам для определения пр но-энергетических характ зерного излучения, может зовано при аттестации ср ний относительного распр плотности энергии (мощно речном сечении пучка лаз чения для определения пр ной неравномерности сече ения и является усоверустройства по авт.св,Целью изобретения явля шение точности.На чертеже предста ма устройства для опр ранственно-энергетич тик лазерного излуче ЛО 1573353 использовано при аттестации средствизмерений относительного распределения плотности энергии (мощности) впоперечном сечении пучка лазерногоизлучения для определения пространственной неравномерности сечения пуч-.ка излучения. Цель изобретения - по-,.вышение точности, Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения дополнительно содержит задатчики напряжения, умножители, блоки вычитания, Это позволяет исключить погрешность измерений, обусловленнуювлиянием среды диффузного, рассеивателя на анализируемое распределениеплотности энергии (мощности) излучения1 ил е Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения содержит установленные по ходу оптического излучения щелевую диафрагму 1, рас- положенную на диффузном рассеивателе 2 первую 3, вторую 4, третью 5модулирующие щелевые диафрагмы, каждая из которых установлЕна перед соответствующим четырехсегментным фотбприемником 6-8, измерительный канал 9, содержащий первый 10, второй11 сумматоры, первый 12, второй 13блоки вычитания, первый 14, второй15 блоки деления; второй измеритель-ный канал 16, содержащий сумматор 17,первый 18, второй 19, .третий 20 блоки вычитания,:первый 21, второй 22блоки деления; третий измеритель 1573353ный канал 23, содержащий сумматор 24,первый 25, второй 26, третий 27 блоки вычитания, первый 28 и второй 29блоки деления.5Оси каждой из модулирующих щелевых диафрагм 3-5, составляют с осьющелевой диафрагмы 1 на рассеивателе2 пару скрещивающихся под углом 90прямых, расположенных в параллельныхплоскостях, а центры этих щелевыхдиафрагм лежат в плоскости, перпендикулярной шелевой диафрагме 1 и проходящей через ее центр, на расстоянии радиуса а от центра щелевой диаФрагмы 1. Ширина й каждой модулирующей щелевой диафрагмы 3-5, расстояния1 между ее центром и центром приемной поверхности соответствующего Фотоприемника 6-8 (в данном измери-.тельном канале) и высота 1 г щелевойдиафрагмы 1 связаны соотношениямий=(1,05-1,2) , а),г,1 Ьа+1Форма границы раздела между сегментами Фотоприемников 6-8 описанафункцией вида у= +х " " , где ивномер канала.Фотоприемник б содержит четыресегмента,30Первый сегмент расположен вдольположительного направления оси 7,четвертый сегмент осесимметричен первому сегменту, а второй и третий сегменты расположены вдоль оси Х.Пятый сегмент фотоприемника 7 расположен вдоль положительного направления оси У, а шестой сегмент фотоприемника 7 - асесимметрично пятому40сегменту.Седьмой сегмент фотоприемника 8расположен вдоль положительного направления оси У, а восьмой сегментФотоприемника 8 - осесиметрично седь 45мому сегменту.Первый сегмент фотоприемника 6подключен к первому входу сумматора10, первому входу сумматора 11 и кпервому входу блока вычитания 13, асегменты второй и третий Фотоприемника 6 подключены к второму входусумматора 10, выход которого подключен к первым входам блоков 12, 18,25 вычитания, блоков 14,5, 21,22,деления 28,29 и к первому входу 55блока 30 обработки информации.Четвертый сегмент Фотоприемника 6подключен к вторым входам сумматора 11 и блока 13 вычитания и к третьемувходу сумматора 10,Выход сумматора 1 подключен квторому входу блока 12 вычитания,выход которого подключен к второмувходу блока 14 деления и к вторымвходам блоков 18 и 25 вычитания,Выход блока 13 вычитания подключен к первым входам блоков 20.и 27вычитания и к второму входу, блока 15деления.Пятый сегмент фотоприемника 7 подключен к первым входам сумматора 17и блока 19 вычитания, выход которогоподключен к второму входу блока 20вычитания, выход которого подключенк вторым входам блока 22 деления иблока 27 вычитания.Шестой сегмент фотоприемника 7подключен к второму входу блока 19вычитания и к второму входу 17 сумматора, выход которого подключен ктретьему входу блока 18 вычитания,выход которого подключен к второмувходу блока 21 деления и к третьемувходу блока 25 вычитания,Седьмой сегмент фотоприемника 8подключен к первому входу сумматора24 и к первому входу блока 26 вычитания, выход которого подключен к третьему входу блока 27 вычитания, выходкоторого подключен к второму входублока 29 деления,Восьмой сегмент фотоприемника 8подключен к второму входу блока 26вычитания и к второму входу сумматора 24, выход которого подключен кчетвертому входу блока 25 вычитания,выход которого подключен ко второмувходу блока 28 деления,Выходы всех блоков 14,15,21,22,28,29 деления представляют собой соответствующие выходы измерительныхканалов 9,16,23,Рассеиватель 2, щелевая диафрагма 1, модулирующие щелевые диафрагмы 3-5 и фотоприемники 6-8 жесткоустановлены в едином корпусе 31, который снабжен приводом 32 вращениякорпуса вокруг оси, перпендикулярной плоскости рассеивателя 2 и проходящей через центр щелевой диафрагмы 1. Выход блока 14 деления подключен к .первому входу блока 33 вычитания, выход которого,. подключен к второму входу блока 30 обработки информации73353 6 5 15 и первым входам умножителей 34 и 35, Выход блока 15 деления подключен к третьему входу блока 30 обработки Выход блока 31 деления подключен к первому входу блока 36 вычитания, выход которого подключен к четвертому входу блока 38 обработки информа. - . ции и к первому входу умножителя 37. Выход блока 22 деления подключен к первому входу блока 38 вычитания, выход которого подключен к пятому входу блока 38 обработки информации и первому входу умножителя 39. Выход блока 28 деления подключен к первому входу блока 40 вычитания, выход которого подключен к шестому входу блока 38 обработки информации. Выход блока 29 деления подключен к первому входу блока 41 вычитания, выход которого подключен к седьмому входу блока 30 обработки информации. Выход задатчика 42 напряжения подключен к . второму входублока 33 вычитания, вторым входам умножителей 34,37, 39 и к первому входу умножителя 43, выход которого подключен к второму . входу блока 38 вычитания. Выход задатчика 44 напряжения подключен к второму входу блока 36 вычитания, второму входу умножителя 35 и первому входу умножителя 45, выход кото,рого подключен к второму входу бло,ка 41 вычитания, Выход задатчика 46 1 напряжения подключен к второму входу блока вычитания 40, Выход блока 15 .,деления, кроме того, подключен к вторым входам умножителей 43 и 45, Вы- ход умножителя 34 подключен к третьему входу блока вычитания 36. Выходы умножителей 35 и 37 подключены соот-. ветственно к третьему и четвертому входу блока 40 вычитания. Выход умножителя 39 подключен к третьему входу блока 41 вычитания. Позицией 47 обозначен источник исследуемого пучка излучения. 5 10 15 20 25 30 35 40 45, с выхода умно кителя 34, осуществляющего перемножение поступающих наего входы сигналов Пь ш и Ц Ри поэтому он равен Ц =ш р, По третьему входу блока 36 вычитания уста новлен коэФфициент передачи, равный 6, Таким образом, на выходе блонал равен Пз шф ф бш Устройство работает следующимобразом,Пучок излучения поступает на входустройства - щелевую диафрагму 1 срассеивателем 2. Щелевая диафрагма 1выделяет только часть пучка в видеузкой полосы вдоль оси Т, Излучениерассеивается диффузным рассеивателем2 и через модулирующие диафрагмы 3-5попадает на соответствующие четырехсегментные Фотоприемники 6-8; Определение моментов распределения с помощью трех измерительных каналов 9, 16 и 23 описано в основном изобретении.В предлагаемом устройстве на выходах блоков 4, 21, 22, 28 и 29 деления формируются сигналы ш, ш , ш,2 4 с . и ш , где ш. -1 - моменты функции5 1распределения, Сигналы с выхода сумматора 10 и блока 15 деления проходят непосредственно на соответственно первый и .третий входы блока 30 обработки информации, поскольку энергия ш (нулевой момент функции расспределения) с точностью до постоянного коэффициента и положение энергетического центра ш 1 не изменяются при прохождении лазерного пучка через диффузный рассеиватель 2. Сигнал с блока 14 деления поступает на первый вход блока 33 вычитания, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 42 напряжения, Величина сигнала 11 на выходе задатчика 42 определена заранее экспериментально и соответствует величине р , являющейся характеристикой применяемого диффузного рассеивателя, Таким образом, на выходе блока вычитания 33 сигнал 0 соответствует моменту исззследуемого распределения Я(у) и равен 11 =ш =ш - р, Этот сигнал и подахется на второй вход блока 30 обработки информации. Сигнал с выхода блока 21 деления, равный ш, подается на первый вход блока 36 вычитания, на второй вход которого подается сигнал с второго .задатчика 44 напряжения, равный определенному заранее значению р характеристики диффузног 4го рассеивателя 2. На третий вход блока 36 вычитания сигнал подается ш и соответствует моменту исходФного распределения, Этот сигнал подается на четвертый вход блока 30 обработки информации. Сигнал с выхода . блока.22 деления равный ш, подается на первый вход блока 38 вйчитания. На первый и второй входы умножителя 43подаются сигналы БР и)5 1 ф соответственно, С выхода умножителя сигнал, равный 11 =рг, подается на второй вхбд блока 38 вычитания, по которому установлен коэффициент пе 5 редачи, равный 3. Таким образом, на выходе блока 38 сигнал равен Б =ш- -Зр ш=ш и соответствует моменту исследуемого распределения, Этот сиг нал подается на пятый вход блока 30 обработки информации. Сигнал с блока 28 деления, равный Бшподается на первый вход блока 40 вычйтания, на второй вход которого подается сигнал 15 с выхода задатчика 46 напряжения, равный определенному заранее значению характеристики диффузного рассеивателя 11. = р . На первый и второй входы умножителя 35 подаются сигналы соответственно Б=ш и 11= 1 . Сиг 1 нал с выхода умнажителя 35, равный П =р"шподается на третий вход 35блока 40 вычитания. На первый и второй входы умножителя 37 подаются сигсоответственно Бз ш фи уф Сигнал с выхода умножителя 37 равный Б =р шподается на четвертый вход блока 40 вычитания. Коэффициент передачи .по третьему и четвертому входам 30 блока 40 вычитания установлен равным 15. Таким образом на выходе блока 40 вычитания сигнал равен 0, =1 и(4,ш+14 ш ) =ши соответ 35 ствует моменту исследуемого распределения, Этот сигнал подается на шестой вход блока 30 обработки информации. Сигнал с блока 29 деления, равный 0 ш подается на первый вход бло ка 41 вычитания. На первый и второй входы умножителя 45 подаются сигналы соответственно 11 = р и Б, =ш,. Сигнал с выхода умножителя 45, равный П р=ш, подается на второй вход бло4 У 41 фка 41 вычитания, по этому входу установлен коэффициент передачи, равный 5. На первый и второй входы умножителя 39 подаются сигналы соответственно Ум шз и П. Сигнал с выхода 50 умйожителя 39 равйый И = р ш подается на третий вход блока вйчйтания 41, по. этому входу установлен коэффициент передачи равный 10. Таким образом, на выходе блока 4.1 вычитаниясигнал равен .11 ш5 Рш10 М ш з . ,фш , т.е. скомпенсировано влияние диффузного рассеивателя 2 на определение и последнего из определяемых моментов распределения, Этот сигналйодается на седьмой блок 30 обработ.ки информации,Для метрологической аттестациипредлагаемого устройства достаточноустановить характеристики р , р, ргф фф 6примеряемого диффузного рассеивателяи.подать на устройство пучок излучения с известным распределением, известной неравномерностью распределения плотности энергии (мощности).Использование задатчиков напряжения, умножителей и блоков вычитаниядля введения поправок при определении измеряемых моментов позволяет ис"ключить погрешность, измерений, имеющую.место в основном изобретениииз-за влияния среды диффузного рассеивателя на анализируемое распределение плотности энергии мощности) из;лучения, Особенное значение это име ет при наличии в, спектре распределения высоких пространственных частот, которые после прохождения черездиффузный рассеиватель становятся.неразличимы, и моменты распределенияв этом случае характеризуют в большейстепени характеристики рассеивателя,.чем исследуемого пучка излучения,Формула изобретения Устройство для определения пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения по авт.св. Р 1481 б 03, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно введены пять блоков вычитания, шесть умножителей и три задатчика напряжения, при этом выход первого блока деления подключен к первому входу первого дополнительного блока вычитания, выход которого подключен к второму входу блока обработки информации, к первым входам первого и второго умножителей, выход третьего блока деления подключен к первому входу второго дополнительного блока вычитания, выхОд которого под ключен к четвертому входу блока обработки информации и первому. входу третьего умножителя, выход четвертого блока деления подключен к первому входу третьего дополнительногоблока вычитания, выход; которого подключен к пятому входу блока обработки информации и первому входу четвертого умножитедя, выход пятого блока деления подключен к первому входуЗаказ 1638ВНИИПИ Государственно11303 Тираж 429 писноеткрытиям при ГКНТ ССС Под киям и о ая наб., комитета поМосква, Жобре уш 4 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина четвертого дополнительного блока вычитания, выход которого подключен кшестому входу блока обработки информации, выход шестого блока деления подключен к первому входу пятогодополнительного блока вычитания,выход которого подключен к седьмомувходу блока обработки инФормации,выход первого задатчика напряженияподключен к вторым входам первого дополнительного блока вычитания, первого, третьего и четвертого умножителей и к первому входу пятого умножителя, выход второго задатчнка напряжения подключен к вторым входамвторого дополнительного блока вычитания, второго умножителя и к первому входу шестого умножителя, выходкоторого подключен к второму входу того дополнительного блока вычитания, выход третьего задатчика чапряжения подключен к второму входу четвертого дополнительного блока вычитания, причем выход второго блока деления дополнительно подключен к вторымвходам пятого и шестого умножителей,выход последнего подключен к второмувходу третьего дополнительного блокавычитания, выход первого умножителяподключен к третьему входу второгодополнительного блока вычитания,выходы второго и третьего умножителейподключены соответственно к третьемуи четвертому входам четвертого.дополнительного блока вычитания, выходчетвертого умножителя подключен ктретьему входу пятого дополнителЬного блока вычитания,