Способ формирования оптического импульса заданной длительности

АНИЕ ТЕН ТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТ юг,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Метрологическое обеспечение энергетической фотометрии, М.: Атомиздат, 1979,с, 119-120,Аникеев Н, В., Батыгина А. И, Егорова Т. К.Колесов Г. В. и др, Поверочная установкавысшей точности для средств измерениядлительности одиночного оптического импульса излучения, - Измерительная техника, 1977, М 3, с. 56-58,(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА ЗАДАННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ(57) Изобретение относится к оптико-физическом измерениям и может быть использо)5 6 01 Я 17/00, 6 01 С 3/ вано для целей метрологического обеспечения лазерной импульсной дальнометрии, Целью изобретения является повышение . точности воспроизведения импульса заданной длительности. Цель изобретения достигается тем, что формируют исходный оптический импульс; длительность которого может отличаться от требуемой длительности. С помощью лазера 1 преобразуют исходный оптический импульс в два импульса такой же длительности, С помощью светоделительной пластины 2 измеряют длительность первого полученного оптического импульса измерителем длительности 3, Преобразуют второй оптический импульс в ч импульсов с помощью блока оптического деления 4. Задерживают каждый из полученных оптических импульсов относительно предыдущего на оптической линии задержки 5. Суммируют все полученные импульсы в блоке оптического суммирования 6.3 ил, 1810862Изобретение относится к оптико-физическим измерениям и может быть использовано для целей метрологическогообеспечения лазерной импульсной дально-.метрии. 5Цель изобретения - повышение точности воспроизведения заданной длительности короткого оптического импульса,Поставленная цель достигается за счеттого, что в способе формирования оптического импульса заданной длительностисодержащем формирование исходного оптического импульса, длительность которогох 4 и может отличаться от х, преобразованиеего в два оптических импульса 1 и 1 и такойже длительности и измерение длительностиодного из них 1 и которое устанавливает, чтозначение длительности находится в интервале хвпЫхц хвах предусмотрены следующие отличия;20а) преобразуют второй импульс 1 и и Иоптических импульсов 11 - ич такой же длительности и одинаковой амплитуды, причемзначение величины И выбирают так, чтобы. ч )2 х/тюп:б) задерживают второй из этих й импульсов и 2 по отношению к первому 1 и 1,третий - 1 из - по отношению к второму1 и 2 й-й по отношению (Й)-му на величину 30Ь, равнуюх/Й;в) смешивают все Й оптических импульсов и 1 1 и и считают, что полученный суммарный оптический импульс 1 г имеет заданнуюдлительность хдля всех х хвахВсе предлагаемые операции, являющиеся существенными отличительными признаками, известны в науке и технике.Однако благодаря использованию этихпризнаков во взаимосвязи друг с другом и в 40строго определенной последовательности, .способ формирования коротких оптическихимпульсов заданной длительности приобретает качественно новое положительноесвойство - позволяет решить проблему повышения точности и стабильности воспроизведения заданной длительности короткихоптических импульсов, что особенно важнодля целей метрологического обеспеченияимпульсных дальномеров.На фиг. 1 приведены огибающие оптических импульсов 1 и 1 - ич (а) - прямоугольной (б) - треугольной. (в) - колоколообразной, (г) - экспоненциальной форм исоответствующие огибающие суммарных 55импульсод 1= 1 и для значениях=1,66 хо;И=5; хвп=0,99 хи, хвах=1,01 хц, на фиг.2 показано, как зависит погрешность, с которой формируется короткий оптический импульс заданной длительности хсогласно предлагаемому способу. от величины требуемой длительности х, а также от формы и длительности исходного импульса; на фиг.3 - пример блок-схемы устройства для технической реализации данного способа формирования оптического импульса заданной длительности, где обозначено: 1 - лазер, 2 - светоделительная пластина; 3 - измеритель длительности; 4 - блок оптического деления; 5 - оптическая линия задержки; 6- блок оптического суммирования.Способ характеризуется следующими операциями,1. Формируют исходный оптический импульс, длительность которого хи может отличаться от требуемой длительности х,2, Преобразуют исходный оптический импульс в два оптических импульса 1 и 1 и такой же длительности хи3, Измеряют длительность и оптического импульса и устанавливая. что хи лежит в интервале ( Хвп, хвах:4. Преобразуют оптический импульс и и й оптических импульсов 1 и 1.1 ич такой же длительности и одинаковой амплитуды, причем значение величины й выбирают так; чтобы выполнялось неравенствоИ) 2 х/хв 1 п.5, Задерживают второй из этих й импульсов и 2 по отношению к первому 1 и 1, третий - из - по отношению к второму 1 и 2,М-й по отношению к (М - 1)-му на величину Лт,равную х/Й;6. Суммируют все И оптических импульсов 1 и 1, 1 и 1 ич и считают, что полученный суммарный оптический импульс 1 имеет длительность хдля всех ххвах.Способ реализуется следующим ббразом.Операция формирования исходного оптического импульса осуществляется, например, лазером 1, работающим в режиме синхронизации мод и генерирующим оптические импульсы, длительность которых может быть достаточно малой.Операция преобразования исходного оптического импульса в два оптических импульса ии такой же длительности хи осуществляется с помощью светоделительнойпластины 2, распределяющей излучение по двум каналам 1 и 1 и,Операция измерения длительности оптического импульса - х может выполняться любым измерйтелем длительности 3.Погрешность измерителя при этом не влияет на точность метода, но изменяет сам интервал хв 1 п- хвах.Операция преобразования оптического импульса 1 и и Й оптических импульсовц 11 а выполняется с помощью оптического деления. блока 4, например молочного стекла, преобразующего. оптический импульс 1 в равномерно распределенное в пространстве оптическое излучение, и Й оптических световодов 5 (например, полые с 1 б, где- длина световода, а б - его диаметр),5, Операция задержки каждого из оптических импульсов 1 п 21 а по отношению к предыдущему на величину Ь т осуществляется за счет того, что оптические световоды выполнены, так, что длины двух ближайших световодов отличаются на величину .Ь 1= - сопз 1, вследствие чего времена задержки оптического импульса для каждого свето- вода отличается на величину кратную Л 1, которая пропорциональна Ь 1,выбирают таким, чтобы выполнялось Ь= т/Й.6, Операция суммирования оптических импульсов 1,1 а выполняется с помощью блокаоптического суммирования 6, например, линзы,В способе-прототипе точность воспроизведения требуемой длительности х короткого оптического импульса не может превышать точности измерения длительности исходного импульса ти (аттестованным измерителем), Например, неисключенная систематическая погрешность измерения длительности короткого оптического импульса аттестованным измерителем в способе-прототипе, в интервале 5 10 9- -5 10 с составляет 20%, причем точность уменьшается с уменьшением величины т.Стабильность .воспроизведения заданной длительности ограничена возможностями системы, формирующей исходный импульс длительности т,Чтобы показать, что в данном способе повышается точность воспроизведения заданной длительности короткого оптического импульса рассмотрим, как зависит длительность сформированного по,этому способу суммарного оптического импульса т, от формы и длительности т исходного импульса,На фиг, 1 проиллюстрирована зависимость тот формы исходного импульса. Параметры твп, трах, т и Й выбраны так чтобы в соответствии с данным способом выполнялись условия Й 2 т/тлела т трах. Огибающая исходного импульса прямоугольной формы (кривая (а описывается выражениемтреугольной формы (кривая (6) выражением 1/т; 01 т,2 - /ть г 12 т;О, с 0, 12 ть,(т) =5 колоколообразной формы (кривая (в) выражением 10 1/2(1 - сов(т/т), 012 т:О, 0;12 тц,экспоненциальной формы (кривая (г) - выражением15 0,2(-1,4 т/т. - 7/т.), сЮФ) = - е О, 10; 20 Как видно из графиков на этой фигуреогибающие суммарных импульсов могут существенно отличаться для различных формогибающих исходных импульсов, однако,длительности суммарных импульсов т от 25 личаются при этом от требуемой езличиныТ менее, чем на 3% (для выбранных значений ти Й. Характеризуя погрешность метода величиной д = (1 т - т 1 Й). 100%, из 1получаем30 для прямоугольного импульса (а) д =0%;для треугольного импульса (б) д =1,6%;для колоколообразного импульса (в)д =0,4%;для экспонен циал ьного импульса (г)35 д =2,6%.Длительность т суммарного импульса,сформированного по данному способу может зависеть не только от формы исходногоимпульса, но и от его длительности т, а40 также от требуемой длительности т, Действуя так же, как и при построении кривых нафиг. 1, можно получить значения т и, следовательно, определить погрешность методад = (1 т - т 1/т 100% для любых комбинаций45 величин т и т и любых огибающих исходных импульсов,На фиг. 2 показано, как зависит погрешность метода д от величины требуемой длительности т (нормированной на твах) для50 огибающих исходных импульсов, изображенных на фиг, 1 и для длительностей этих.импульсов, равныхщ= Гвп=0,2 Тщах11 хо - трахАнализ приведенных результатов показывает, что погрешность метода д во всехслучаях не превышает 30% для т - твах,быстро уменьшается с ростом т и становится меньше 3% для т 1,7 трах, Существен 1810862ным при этом является то, что погрешность метода практически не зависит от длительности исходного импульса т, которая может принимать любые значения в интервале Хпп Хтах. ИМЕННО ЭТО ОбСТОЯТЕЛЬСТВО ЯВЛЯ ется основным при объяснении преимуществ данного способа по сравнению со способом-прототипом.Действительно, как. следует из способа- прототипа, длительность сформированного 10 по этому способу импульса совпадает с длительностью исходного импульса хи Отличается от требуемой длительности .х(хотя ИЗМЕРЕННОЕ ЗНВЧЕНИЕ Хнизм =Х).Это отличие, которое и определяет по грешность самого способа, тем больше, чем больше нестабильность системы, формирующей исходный импульс и чем больше погрешности, с которой измеряется длительность этого импульса, т,е. чем больше 20 ИНтЕРВаЛ ХпЬ Хвах, КОТОРОМУ ПРИНаДЛЕжат все возможные значения длительности х исходного импульса,В данном способе нестабильность системы формирования исходного импульса и 25 погрешность измерения его длительности таКжЕ ОПрЕдЕЛяЮт ИНтЕрВаЛ ХеЬ - Хаах, Однако длительность сформированного по этому способу импульса х практически не зависит от хв, а значит от величины интер- З 0 ВаЛа Хвп+ Хввх, И КаК СЛЕДУЕТ ИЗ фИГ. 2 С большой точностью совпадает с требуемой длительностью Х, Именно это свойство, т.е. независимость длительности сформированного оптического импульса х от точностных З 5 характеристик измерителя длительности исходных импульсов и от стабильности сисд А темы, формирующей эти импульсы, позволяет повысить точность при формировании короткого оптического импульса согласно данному способу по сравнению со способом-прототипом;Таким образом из всего вышеизложенного следует, что благодаря отличительным . признакам и достигается качественно новый положительный эффект, а именно повышение точности формирования заданной длительности оптического импульса. формула изобретен ия.Способ формирования оптического импульса заданной длительности х, заключающийся в формировании исходного оптического импульса, преобразовании.его в два оптических импульса, идентичных по длительности исходному импульсу, измереНии длительности первого из двух оптических импульсов, сравнении длительности х с длительностью исходного оптического импульса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности формирования импульса заданной длительности, перед сравнением предварительно формируют исходнцй импульс с длительностью х, которая при сравнении удовлетворяет условию ть х, полученный из него после преобразования второй оптический импульс преобразуют в й импульсов одинаковой амплитуды, - идентичных по длительности исходному, причем количество й выбирают из условия й2 х/х, задерживают каждый 1-й импульс 1=2,3 Й) относительно (1-1)-го импульса на время. равное х/й, и складывают все й оптических импульсов.Ю1810862 оставитель М. Раевскехред М.Моргентал эктор ктор С, Лисин Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,каэ 1445 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5