Устройство для измерения мощности лазерного излучения (варианты)

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения мощности оптического излучения и может быть использовано, в частности, для измерения оптической мощности медицинских лазерных установок с волоконно-оптическим выходом. Устройство для измерения мощности оптического излучения на выходе из волоконно-оптического зонда, включает рассеиватель, выполненный в виде параллелепипеда из материала на основе фторопласта, на поверхности которого установлен, по меньшей мере, один фотоприемник, связанный со средством регистрации сигнала, при этом в рассеивателе выполнена полость для размещения наконечника волоконно-оптического зонда. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности измерения мощности оптического излучения на выходе волоконно-оптических зондов с различными типами наконечников без дополнительной перенастройки устройства и упрощение конструкции устройства. 2 н.п. ф-лы, 12 з.п. ф-л, 1 илл.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения мощности оптического излучения и может быть использована, в частности, для измерения оптической мощности медицинских лазерных установок с волоконно-оптическим выходом.

Уровень техники

Проведение точных измерений выходной оптической мощности терапевтических лазерных установок с волоконно-оптическим выходом является актуальной задачей при диагностике и терапии с использованием методов фотодинамической терапии (ФДТ), особенно при терапии внутриполостных органов.

Известны измерители оптической мощности, содержащие тепловые фотоприемники излучения, действие которых основано на увеличении температуры при поглощении излучения [см: страница с описанием продукции компании Thorlabs http://www.thorlabs.com/NewGroupPage9.cfm?ObjectGroup_id=1694].

Недостатками данных устройств являются низкое быстродействие, необходимость стабилизировать температуру и отводить тепло от корпуса фотоприемника, а также при длительном сеансе измерения производить

периодическую компенсацию нагрева чувствительного элемента измерительной головки.

Известны измерители оптической мощности, в которых измерение мощности оптического излучения производится с помощью фотодиодов [см. http://www.ophiropt.com/laser-measurement-instruments/laser-power-energy-meters/products/smart-sensors/photodiode-sensors]

Недостатками фотодиодных измерителей мощности являются высокая селективность к спектральному составу излучения и низкое значение предельной оптической мощности, превышение которого ведет к необратимому повреждению фотодиода. При необходимости компенсации этих недостатков используют специальные оптические фильтры.

Наиболее близким к предложенному устройству является интегрирующая сфера, имеющая вместо одного фотоприемника распределенную сеть фотоприемников (вводов в оптические волокна) для дополнительного усреднения освещенности, создаваемой измеряемым излучением внутри сферы, которая по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату может быть принята в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения [М.Szylowski, M.Mossman, D.Barclay, and L.Whitehead. Novel fiber-based integrating sphere for luminous flux measurements. Rev. Sci. Instrum. 77, 063102 (2006)].

Устройство включает традиционную интегрирующую сферу, в которой отсутствует система экранов и заслонов, препятствующая попаданию на фотоприемник прямого или первично отраженного излучения, но содержащая распределенную находящуюся в определенных точках поверхности систему фотоприемников, сигналы которых образуют среднеарифметическое значение, соответствующее измеряемой оптической мощности.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, трудоемкость изготовления и большие габариты.

Сведения, подтверждающие реализацию полезной модели

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании устройства для измерения мощности оптического излучения с различными, но заранее известными пространственными распределениями на выходе волоконно-оптических зондов или иных средств доставки оптического излучения.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, состоит в расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности измерения мощности оптического излучения на выходе волоконно-оптических зондов с различными типами наконечников без дополнительной перенастройки устройства, в повышении точности измерений за счет обеспечения стерильности оптического волокна в процессе измерения, на выходе которого измеряют мощность оптического излучения, в упрощении

конструкции устройства.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения оптической мощности лазерного излучения на выходе из волоконно-оптического зонда включает рассеиватель, выполненный в форме параллелепипеда из фторопласта, на поверхности которого размещен, по меньшей мере, один фотоприемник, связанный со средством регистрации сигнала, при этом в рассеивателе выполнена полость для размещения наконечника волоконно-оптического зонда.

Выполнение рассеивателя в виде параллелепипеда из материала на основе фторопласта обеспечивает возможностью распределения излучения, выходящего из волоконно-оптического зонда по всему собственному объему, что обеспечивает возможность измерения излучения любых наконечников оптических волокон с заранее известными распределениями.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели устройство дополнительно снабжено калиброванным окном с заданной площадью для измерения плотности оптической мощности.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели устройство дополнительно снабжено стеклянной колбой, размещенной в полости рассеивателя.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели колба установлена с возможностью замены.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели устройство дополнительно снабжено средством отображения информации.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели средство отображения информации выполнено в виде индикатора или дисплея.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели средство регистрации сигнала выполнено в виде аналогово-цифрового преобразователя.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели блок измерения содержит микроконтроллер, связанный с аналогово-цифровым преобразователем, и средство передачи данных, связанное с микроконтроллером.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели средство передачи данных выполнено в виде USB интерфейса.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели фотоприемник соединен с аналогово-цифровым преобразователем посредством экранированного кабеля.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели фотоприемник выполнен на основе фотодиодов.

Кроме того, в частном случае реализации полезной модели фотоприемник выполнен на основе термопары, неселективной к спектральному составу излучения.

Также технический результат достигается за счет того, что устройство для

измерения мощности оптического излучения на выходе из волоконно-оптического зонда включает рассеиватель, выполненный в виде параллелепипеда из фторопласта, на поверхности которого установлен, по меньшей мере один фотоприемник, связанный со средством регистрации сигнала, при этом в рассеивателе выполнена полость, в которой установлена стеклянная колба для размещения наконечника волоконно-оптического зонда.

Наличие стеклянной колбы, размещенной в полости рассеивателя, обеспечивает стерильность оптического волокна в процессе измерения.

Осуществление полезной модели

Устройство для измерения мощности лазерного излучения (фиг.1) включает в себя рассеиватель 1, который предпочтительно может быть выполнен в виде параллелепипеда из фторопласта, что обеспечивает рассеивание излучения по всему собственному объему рассеивателя, в рассеивателе 1 выполнена несквозная полость 2 для размещения наконечника 3 волоконно-оптического зонда, на выходе которого измеряют мощность оптического излучения, причем для обеспечения стерильности оптического волокна в процессе измерения в полости 2 может быть установлена сменная одноразовая или многоразовая стеклянная колба (на фигуре не показана), в которой размещают наконечник 3 волоконно-оптического зонда, на поверхности рассеивателя 1 установлен, по меньшей мере один фотоприемник 4, который предпочтительно может быть выполнен на основе фотодиодов или на основе термопары, обеспечивающей

неселективность к спектральному составу излучения, блок 5 измерения, содержащий средство 6 регистрации сигнала, которое выполнено в виде аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), вход которого соединен с выходом фотоприемника 4 посредством экранированного кабеля, микроконтроллер 7, соединенный со средством 6 регистрации сигнала, блок 8 передачи данных, выполненный в виде USB интерфейса, соединенный с микроконтроллером 7 и компьютером, содержащим программное обеспечение, позволяющее осуществлять дальнейшую обработку информации. Фотоприемник 4 целесообразно устанавливать на поверхности рассеивателя 1 таким образом, чтобы уровни приходящего на него излучения при использовании различных типов наконечников с заранее известными пространственными распределениями были наиболее близки друг к другу при равной оптической мощности, вводимой в волоконно-оптический зонд, что позволяет измерять мощность оптического излучения волоконно-оптических зондов с различными типами наконечников, поскольку в зависимости от типа наконечников волоконно-оптических зондов изменяется картина распределения излучения в объеме рассеивателя 1. Использование нескольких фотоприемников 4, расположенных в разных точках поверхности рассеивателя 1, обеспечивает более высокую точность измерения и анализа диаграммы направленности излучения, выходящего из наконечника 3 волоконно-оптического зонда.

Геометрическая форма рассеивателя 1 может быть любой и выбираться, исходя

из соображений выполнения требований по габаритам, массе, или обеспечения требуемого распределения излучения внутри рассеивателя. Материал рассеивателя 1 выбирается из соображений обеспечения требуемых индикатрисы рассеяния и коэффициента поглощения в рабочем спектральном диапазоне. Также для отображения результатов измерения устройство может содержать индикатор или дисплей, а для измерения плотности оптического излучения устройство может содержать калиброванное окно с заданной площадью. Для обеспечения точности измерения после сборки предлагаемого устройства производится его калибровка для всех типов наконечников волоконно-оптических зондов для измерения которых предполагается использовать это устройство.

Устройство работает следующим образом

Наконечник 3 волоконного-оптического зонда, на выходе которого измеряют мощность оптического излучения, устанавливают в полости 2 рассивателя 1, в которую предварительно может быть установлена стеклянная колба (на фигуре не показана). Излучение, исходящее из волоконно-оптического зонда, находящегося внутри рассеивателя 1, выполненного, в данном случае, в форме параллелепипеда из фторопласта, рассеивается по всему объему рассеивателя 1. Расположенный на поверхности рассеивателя 1 фотоприемник 4 в точке, где уровни приходящего на него излучения при использовании различных типов наконечников с заранее известными

пространственными распределениями наиболее близки друг к другу при равной оптической мощности, вводимой в волоконно-оптический зонд, регистрирует уровень падающего на него оптического излучения различных типов наконечников, например, с торцевым выходом излучения или с цилиндрическим рассеивателем без дополнительной перенастройки устройства, поскольку в зависимости от типа наконечников 3 волоконно-оптических зондов изменяется картина распределения излучения в объеме рассеивателя 1. Аналоговый сигнал с выхода фотоприемника 4 подается на вход аналогово-цифрового преобразователя 6, который преобразует его в соответствующий цифровой код. Затем цифровой сигнал поступает в микроконтроллер 7 и обрабатывается в нем. Получившийся результат передается через USB интерфейс 8 на компьютер, где с помощью специального программного обеспечения производится вывод информации на экран монитора и ее дальнейшая обработка. Программное обеспечение позволяет отображать текущие значения мощности, осуществлять временную развертку, изменять интервал считывания данных с устройства, учитывать особенности измерения в зависимости от типа волокна и длины волны излучения, сохранять результаты измерения.

Таким образом заявляемое техническое решение возможно реализовать с использованием известных средств и методов, что позволяет сделать вывод о соответствии критерия патентоспособности "промышленная применимость"

1. Устройство для измерения мощности лазерного излучения на выходе из волоконно-оптического зонда, включающее рассеиватель, выполненный в виде параллелепипеда из фторопласта, на поверхности которого установлен, по меньшей мере один фотоприемник, связанный со средством регистрации сигнала, при этом в рассеивателе выполнена полость для размещения наконечника волоконно-оптического зонда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено калиброванным окном с заданной площадью для измерения плотности оптической мощности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено стеклянной колбой, установленной в полости рассеивателя.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что стеклянная колба установлена в полости рассеивателя с возможностью замены.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено средством отображения информации.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство отображения информации выполнено в виде индикатора.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство отображения информации выполнено в виде дисплея.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство регистрации сигнала выполнено в виде аналогово-цифрового преобразователя.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, дополнительно содержит микроконтроллер, связанный со средством регистрации сигнала, и средство передачи данных, связанное с микроконтроллером.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средство передачи данных выполнено в виде USB-интерфейса.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемник соединен со средством регистрации сигнала посредством экранированного кабеля.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемник выполнен на основе фотодиодов.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемник выполнен на основе термопары, обеспечивающей неселективность к спектральному составу излучения.

14. Устройство для измерения мощности оптического излучения на выходе из волоконно-оптического зонда, включающее рассеиватель, выполненный в виде параллелепипеда из фторопласта, на поверхности которого установлен, по меньшей мере, один фотоприемник, связанный со средством регистрации сигнала, при этом в рассеивателе выполнена полость, в которой установлена стеклянная колба для размещения наконечника волоконно-оптического зонда.