Измеритель расходимости излучения оптических квантовых генераторов

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

406255

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 18.11.1972 (ЛЕ .1751907/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 05.XI.1973. Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 4.IV.1974

М. Кл, Н О,ls 3/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэобретений и открытий

УДК 621.375.8 (088.8) Авторы изобретения

В. М. Кузьмичев н Ю. М. Латыннн

Харьковский государственный университет нм. А. М. Горького

Заявитель

ИЗМЕРИТЕЛЪ РАСХОДИМОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Изобретение относится к,измерительной технике и может быть, использовано,при,изме рении расходимости электромагнитных пучков, излучаемых в широком диапазоне длин волн как импульсными, так и непрерывными квантовыми генераторами.

Известны, измерители расходи мости пучков электромагнитного излучения, работающие по методу сечений, методу регистрации диаграммы направленности и методу фокального пятна. Все известные измерители, имеют существенные недостатки. Так, измерение,расходимости с помощью этих приборов занимает значительное время из-за трудоемкости процесса измерения. Расширить пределы измерения расходимости в длинноволновой об ласти спектра с помощью, известных изме рителей трудно из-за отсутствия, соответствующих све точувствительных материалов в этом диапазоне длин волн. Все известные .измерители .расходимости работают при малых плот ностях потока падающего излучения. Их трудно использовать для непрерывного автоматического контроля, в особенности интенсивных и ш,и;роких пучков.

Цель,изобретения — создание устройства для измерения расходимости электромагнитных пучков при больших уровнях энергии и мощности, излучения ОКГ, вносящего минимальное,искажение в пучок и минимально ослабляющего его, а также расширение спектрального .диапазона в длинноволновой области, уменьшение времени измерений, обеспечение автоматического контроля расходимости и уменьшение погрешности измерений.

Цель изобретения достигается за счет того, что расходимость излучения ОКГ определяют,по;результату взаимодействия пучка с двумя тонкими металлическими нитями, расположенными в дальней зоне и в одной плоскости с осью пучка на определенном расстоя нии друг от друга. Длина металлических нитей больше диаметра оптического пучка.

Каждая нить представляет собой болометрический элемент. Следовательно, предложенный измеритель работает по методу двух сечений.

Схема измерителя изображена на чертеже.

Оптический луч распространяется слева направо вдоль штрих-пунктирной оси. На пу ти оптического луча в дальней зоне расположены два тонкопроволочных болометра Л, и

R>, установленных в одной плоскости, пересекающей ось пучка, перпендикулярно опти.ческой оси. Расстояние между болометрами равно L. Рас.ходимость пучка показана пунктирными линиями., Первый тонкопроволочHûé болометр -вклю чен между клеммами 1 — 1, второй — между клеммами 2 — 2, третий, вспомогательный, не

406255

1 Р2+ (5) 35 (6) P

Р,=К вЂ” -, r

Р

Г2 (2) 50

65 попадающий в,поле пучка, — между клеммами 3 — 3 . Все болометры идентичны. Первые два болометра совместно с сопротивлениями

R, и R образуют мостовую схему, в диагональ которой включен высокоомный,индикатор разбаланса.,Второй и третий вспомогательный болометры совместно с сопроти влениями R 2 и R з образуют вторую мостовую схему, в диагональ которой также включен высокоомный индикатор разбаланса. Высокоомные индикаторы разбаланса предотвращают взаимное влияние одного моста на другой.

Мосты запитаны от источника напряжения

Е через переменное сопротивление R4. Перед болометрами,или после болометров установлен проходящий, измеритель (ПИ) энергии оптического луча.

Предложенная схема может быть использована для измерений;расходимости .однократных оптических, импульсов, а также пучков с непрерывной или амплитудно-модули,рова,нной мощностью.

Рассмотрим, работу устройства при измерении .расходимости пучка с непрерывной мощностью Р. До подачи в прибор оптической мощности мостовые схемы балансируют путем,измерения переменных сопротивлений

R 1 и R з. При:подаче оптической мощности первый болометр пересекает пучок с радиусом гь а второй болометр — пучок с радиусом r2. Радиус пучка r2 в месте расположения второго болометра за счет,расходимасти больше чем r . На первом боламетре рассеется мощность Рь равная где К вЂ” коэффициент пропорциональности, учитывающий взаимодействие проволочки с излучением. Чтобы первая проволочка не экрани ровала вторую, диаметр болометров выбирают меньше длины волны измеряемого излучения. На втором болометре рассеется мощность

Коэффициент пропорциональности К в вы ражениях (1) н (2) один и тот же, так как боломету ы,иден;тнчн ы.

Зная мощности,,рассеянные на болометрах,,легка определить,расходимость пучка t: р =2. arctg AP=2arctg, (3)

КР г,— г, Э где P=Р, — Р, — разность мощностей,,рассеянных на не рвом и втором болометрах.

Для небольших углов расходимости справедл|иво выражение ср =2 ЬР.

KP (4)

1 2

Таким, образом, расходимость может быть определена, если известны Р, Р2, Р .и расстояние между болометрами L.

Коэффициент пропорциональности К оцределяется .при градуировке пр ибора. Величина

Р .измеряется второй мостовой схемой, Р— первой мостовой схемой. Мощность на первом болометре определяется по выражению

Мощность пучка Р,измеряется проходным измерителем.

Г1реимущество данного устройства состоит в том, что для измерения расходимости следует определять только .один линейный размер— расстояние между болометрами L, которое может быть, измерено с высокой точностью и в процессе измерений не изменяется. Остальные,измеряемые величины — энергетические, они могут определяться довольно бььстро и поддаются автоматическому контролю.

Существенна,и то, что малая разность мощностей Ð измеряется одновременно с Р, и,независимо. Это значительно повышает точность определения расходимости. При,максимальной относительной погрешности измерения мощностей + 1О/о максимальная погрешность измерения составляет около + 2О/о.

Если, известен с достаточной степенью точности радиус олтического пучка HB первом болометре, то малую .расходи мость можно определить по выражению

В этом случае отсутствует необходимость в измерении мощности Р. Описанное устройство может работать in ширжом спектральном диапазоне .от оптических до су бмиллиметровых волн, при этом, изменяется только коэффициент,пропорциональностл К на который .необходимо вводить поправку.

Измеритель может работать также в широком динамическом диапазоне оптических мощностей, перекрывающем 3 — 4 порядка,,и при больших уровнях оптической мощности, развиваемых, например, ОКГ .на СО2.

Предмет изобретения

Измеритель расходимости излучения оптических квантовых генераторов, содержащий, по крайней мере,,два элемента, регистри рующих оптическую мощность актового пучка, отличающийся тем, что, с целью расширения спекпрального диапазона длин волн, увеличения допустимых размеров пучка и его мощности, в качестве, названных элементов использованы два идентичных тонкопроволочных болометра, которые помещены в дальней зоне на постоанном для данного измерения расстоянии друг от друга в одной алаекости с осью светового .пучка перпендикулярно ей и включены в две связанные мостовые схемы.

406255

Редактор T. Орловская

Тираж 780 Подпнснос

Совета Министров СССР открытий наб., д. 4/5

Заказ 24 Изд. № 211

ЦНИИ ПИ Государственного комитета по делам изобретений и

Москва, )К-35, Раушская

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент>

Составитель А. Запольский

Техред 3. Тараненко Корректор Л. Новожилова