Способ измерения мощности и распределения интенсивности лазерного излучения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 4 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ НОСТИ ЗЕРпуч- эро- ности РЕНИЯ МВНОСТИ ресеченипотоком нтенсив ластеи сеченияния о т л ирассеяния различи пучка лазерного и чающий ся т облегчения процес уменьшения воздей с цель рения и эрозоля а из ок аэ озо азерное излучен ст зличные пропуск сечения эрозольных сгуэрозольных час ков ил ельн ремен ч а ю- монори болья, "Кван 4, Ф 7, д акцию ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Купренюк В.И, и др "О возможности использования грубых дифрак,ционных решеток для измерения параметров пучка инфракрасных лазеров",Квантовая электроника, 1976, 3, У 5,с. 1126-1129,2. Морозов П.А. и др., "Прибордля визуализации и измерения пространственного распределения мощности излучения в поперечном сечениилуча ОКГ на СО; ", Измерительная техника, 1974, У 12,с, 43-44,3, Духанина М.И. и др "Прибордля измерения плотности мощностиизлучения ОКГ", Измерительная техника, 1975, У 10, с. 33,4, Бендицкий А.А, и др О работеаэрозольного ответвителя ишой интенсивиости излученитовая электроника", 1977,с. 1559-1560, поступ. в ре20, 11,76 г. (прототип) . 4(51) Н 01 Б 3/10 С 01 3(54) (57) 1. СПОСОБ ИЗМИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ путем пка лазерного излучениязоля и измерения поток в различные промежуткиСпособ по п, 1, о т лй с я тем, что используюерсный аэрозоль.689 1Изобретение относится к областиизмерительной техники, преимущественно к технике измерения параметровлазерного излучения,Известны способы измерения мощно 5сти и распределения интенсивностилазерного излучения с использованиемрассеивателей лазерного излучения 1,21,Эти способы предполагают введениена пути лазерного пучка элементов,рассеивающих лазерное излучение ихарактеризуются заметным возмущениемизмеряемого лазерного излучения, таккак размеры излучателей, как правило, многократно превосходят длинуволны исследуемого излучения. Одиниз известных способов измерения-фмощности лазерного излучения предполагает сканирование пучка металлическимизеркалами 3 .Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являетсяспособ измерения мощности и распределения интенсивности лазерного излучения путем пересечения пучка лазерного излучения потоком аэрозоля и измерения потока интенсивности рассеянияот различных областей сечения пучкалазерного излучения 4 1.Основными недостатками этого способа являются сложность процесса из 30мерения вследствие необходимости осуществлять сканирование излучения светящегося слоя по сечению пучка и аэро.зольные частицы, находящиеся в областях пучка, не подвергающихся в дан- З 5ный момент измерению, рассеивая свет(а в случае мощного пучка и испаряясь), оказывают искажающее воздействие на измерения в других областяхпучка, что приводит к уменьшению точ ности измерений.Целью изобретения является облегчение процесса измерения и уменьшение воздействия на лазерное излучение.45Поставленная цель достигается тем,что поток аэрозоля пропускают черезразличные участки сечения пучка в виде аэрозольных сгустков или отдельныхаэрозольных частицв различные промежутки времени. При этом используютмонодисперсный аэрозоль,На фиг. 1 изображено устройство,которое осуществляет реализацию способа; на фиг. 2 - схема проведенияизмерений данным способом; на фиг.З -пересечение пучка излучения аэрозольными сгустками, на фиг. 4 - резуль 547 2таты одного из измерений распределения интенсивности излучения по сечению пучка излучения, осуществленного указанным способом.Способ осуществляется следующимобразом (см. Фиг. 1)., Системой 3напуска в нужную область пучка 1 подают сгустки 2 аэрозольных частицодинакового размера, которые далеепопадают в систему 4 отсоса. Рассеянное частицами излучение при прохождении ими пучка собирают линзой5 и подают на фотоприемник 7, передкоторым установлена диафрагма 6, защищающая его от паразитных засветок.Сигналы, снимаемые с фотоприемникаанализируются с помощью анализатора 8.На фиг. 2 показано пересечениенекоторой области пучка 1 излучениясгустком 2 аэрозоля, частицы которогосостоят из материала, слабо поглощающего на длине волны лазерное излучение, Концентрацию и функцию распределения аэрозольных частиц по размерам поддерживают одинаковыми в области лазерного пучка в течение всего времени измерений, Концентрацияаэрозоля ь выбирается из условия:(ВЙ) 51 )где о 0 - концентрация частиц постороннего аэрозоля;- размер сгустка в направлении лазерного луча;й 3 - величина допустимого ослабления излучения;3 - интенсивность лазерного излучения,Ь - сечение ослабления излучения одной частицей,Отсутствие значительных возмущений измеряемого излучения достигается применением аэрозоля, концентрация которого удовлетворяет приведенному выше соотношению и частицы которого состоят из материала, прозрачного на длине волны лазерного излучения, Проведение измерений в такихусловиях позволяет избежать разогрева воздуха, которому сопутствуетискажение лазерного луча за счетрефракции, Временное разрешение измерений данным способом определяетсябыстродействием аппаратуры, регистрирующей излучение, так как рассеяниеаэрозолем практически безынерционно.Рассеяние аэроэольной частицей излучения в некотором направлении пропорционально интенсивности лазерного излучения, падающего на частицу и определяется сечением рассеяния частицей в данном направлении , Рассеяние излучения пропорционально так же толщине сгустка Ъ и концентрации аэрозоля. С целью облегчения процесса определения мощности и распределения интенсивности излучения, а также для проведения абсолютных измере ний используют монодисперсный аэрозоль с размерами частиц, значительно отличающимися от длины волны излучения. В этом случае указанный способ измерений не трубует калибровки для измерения абсолютных значений мощности и интенсивности лазерного излучения. Значительное облегчениепроцесса определения характеристик излучения достигается применением аэрозольных сгустков, имеющих размер д много меньший размера 3 пучка (см, фиг. 3), которые пересекают пучок в разные промежутки времени. В случае необходимости проведения подобных 25 измерений с малым возмущением излучения (например в резонаторе газовых лазеров, имеющих небольшой коэффициент усиления), целесообразно применять вместо сгустков отдельныеаэрозольные частицы. В течение всего времени пересечения сгустком пучка регистрируют рассеиваемое им излучение, Временной ход мощности рассеянного излучения дает представление о распределении интенсивности лазерного излучения на пути следования сгустка. Расстояния между сгусткамибХ и У и скорость Ч позволяет заменить временную переменную на координаты пучка. Для уменьшения воздействия аэрозоля на интенсивность излучения и связанно" го с этим ухудшения точности измерений применяют высокоскоростной поток аэрозоля. Влияние скорости тем боль шепчем больше коэффициент поглощения материала аэрозольных частиц, Во время пересечения пучка частицы разогреваются, что приводит к разогреву воздуха, Разогрев воздуха вызывает иска"5 О жение лазерного пучка за счет рефракции, Для устранения или значительносго уменьшения влияния указанного эффекта скорость выбирают такой, чтобь газ в области пучка существенно не 55 разогревался.Для определения распределения интенсивности излучения в дальней зо где- радиус лазе спаду интенсивности лучения Х в данном слуна основании измеий г и Э (абсолютноеодено по калибровочной тотока от величины све при длине волны излу 0,63 мкм). Мощность изчае определена начен ренныхзначени-тового чения,Аналогичные измерения были проведены и внутри резонатора гелий-неонового лазера, что трудно осуществить известными ранее способами. Оценена степень возмущения излучения аэрозолем. При диаметре пучка равном 3 мм его сечение в 10 раз больше сечения аэрозольной частицы, поэтому добротность резонатора при попадании в луч частицы заметно не меняется. Временное разрешение распределения интенсивности в данной случае определяется временем пролета частицы через лазерный луч и составляет около 10 с. При одновременном измерении рассеянного излучения из различных областей луча временнсе разрешение данного способа определяется лишь разрешением измерительной аппаратуры,не измеряют распределение рассеянного аэрозолем излучения в фокальной области линзы, расположенной на пути лазерного пучка. Размер пятна в фокальной области г при использовании безаберрационной линзы дает возможность определить расходимость луча О из соотношения В = г Е ", где Е - фокусное расстояние линзы,П р и м е р, Измерена мощность и распределение интенсивности излучения гелий-неонового лазера путем измерения рассеянного света частицами монодисперсного аэрозоля, состоящего из частиц латекса диаметром 0,2 мкм. Измерения велись с помощью устройства, показанного на фиг.1. В качестве анализатора импульсов используется осциллограф. Скорость частиц равна скорости газа в струе и составляла 2 м/с. На фиг. 4 представлено распределение интенсивности по сечению пучка, измеренное таким образом. Для одномодового лазерного излучения величина интенсивности излучения 3 связана с мощностью излуг чения Ф соотношением: 1, "оорного пучка пов Р раз.б 89547 оставитель Н, Гусеехред Л,Коцюбняк ктор П. Горькова Корректор озма аказ 4492/2 одписСР Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Фили ВНИИПИ Го по делам113035,. Мос раж 638 арствен зобретеЖ,ого комитетаий и открытийРаушская наб,