Способ измерения угловой расходимости когерентного излучения

Способ измерения угловой расходимости когерентного излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ РАСХОДШЮСТИ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий регистрацию излучения приемником, обработку результатов регистрации и определение по ним угловой расходимости, отличающийся тем, что, с целью увеличения углового разрешения,производят сканирование поперечного сечения пучка измеряемого излучения приемником в плоскости, расположенной под углом к оси диаграммы направленности измеряемого излучения, измеряют в процессе сканирования уширение спектра измеряемого излучения, а угловую расходимость определяют из соотношения M (i3- -V-

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК вю ц, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й

Ю ю S„.

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К= аЭ -э Ч .(впаа) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3656574/24-25 (22) 25. 10. 83 (46) 30; 08. 85. Бюл. № 32 (72) Г.И. Рукман и Е. Б. Шелемин (53) 535. 24 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 186563, кл. Н 01 S 3/00, 1961.

2. Авторское свидетельство СССР № 410510, кл. Н 01 S 3/00, 1973 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗ11ЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ

РАСХОДИ110СТИ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИ!, включающий регистрацию излучения приемником, обработку результатов регистрации и определение по ним угловой расходимости, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения углового разрешения, производят

„„SU„„1144479 А (504G 01 J 1/00 Н Ol S 3 00 сканирование поперечного сечения пучка измеряемого излучения приемником в плоскости, расположенной под углом к оси диаграммы направленности измеряемого излучения, измеряют в процес-се сканирования уширение спектра И измеряемого излучения, а угловую расходимость W определяют из соотноше ния где h — длина волны измеряемого излучения; скорость перемещения приемника;

Ж вЂ” угол между направлением скорости перемещения приемника и осью диаграммы направленнос ти измеряемого излучения.

1144479

C l) 2. Способ по и . 1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что сканирование пуч ка производят путем перемещения приИзобретение относится к технике измерения параметров когерентных источников излучения и может найти применение для прецизионного измерения угловой расходимости лазеров, астрономических источников (определения их угловых размеров) и для дис танционного определения размеров и формы объектов, в том числе размещен

Р ных в различных средах (твердых, жид ких и газообразных).

Известен способ измерения расходи мости луча лазера (1), основанный на с расщеплении луча на два пучка, подаче первого на регистратор, а второго после увеличения длины оптического пути на систему линз с последующим сравнением на системе регистрации.

0 расходимости судят -по смещению линз для компенсации расхождения лу ча из-за разности длин путей двух

I пучков.

Недостатком известного способа является низкое угловое разрешение, -Ф не превышающее 10 рад, обусловленное погрешностями компенсации угла расхождения луча.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения угловой расходимости когерентного излучения, включающий регистрацию пучка излучения приемником, обработку результатов регистрации и определение по ним угловой расходимости f2) . При этом исследуемый луч расцепляют на два луча и измеряют диаметры лучей в двух сечениях, расположенных на известном расстоянии друг от друга с помощью линеек из точечных приемников излучения.

Недостатком данного способа является низкое угловое разрешение, не превы-4 шающее 10 рад, обусловленное низким пространственным разрешением приемников излучения и требованием относительно большого (конечного) емника излучения периодически и симметрично относительно оси диаграммы направленности Измеряемого излучения расстояния между измеряемыми сечениями, Целью изобретения является увеличение углового разрешения спосо5 ба.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения угловой расходимости когерентного излучения, включающем регистрацию пучка излучения приемником, обработку результатов регистрации,и определение

IIo ним угловой расходимости, производят сканирование поперечного сече-, ния пучка измеряемого излучения приемником в плоскости, расположенной под углом к оси диаграммы направ ленности измеряемого излучения, и измеряют в процессе сканирования уширение спектра Ь измеряемого из20 лучения, а угловую расходимость определяют из соотношения где h — длина волны источника измеряемого излучения, — угол между направлением скорости перемещения приемника излучения и осью диаграм.мы направленности измеряемого излу30 чения, М вЂ” скорость перемещения при.мника излучения. При этом перемещение приемника при сканировании производят периодически и симметрично оси диаграммы направленности измеряемого излучения. На чертеже .представлено устройство, реализующее прецлагаемый способ.

Способ заключается в следующем.

Пучок 1 измеряемого когерентного излучения -c. осью 2 диаграммы направ ленности излучения, например лазерного от лазера 3, подают на приемник

4 излучения с диафрагмой 5 на входе.

Производят сканирование диафрагмой

45 5 приемника 4 излучения диаграммы направленности пучка 1 измеряемого излучения с помощью сканирующего

1144479

Ч

64 * —.sin < W

) (4) устройства 6. В процессе сканирования измеряют уширение частотного спектра измеряемого излучения. Сигнал с приемника 4 излучения подают на усилитель 7, затем на анализатор спектра S электрического сигнала и на регистратор 9. Угловую расходимость .Ф измеряемого когерентного излучения определяют из соотношения (1) .

Перемещение приемника 4 при сканировании производят периодически с периодом Т симметрично относительно оси 2 диаграммы направленности измеряемого излучения. При взаимном (относительном) перемещении источника излучения и приемника, (любого, например электромагнитного, излучения) со скоростью Ч воспринимаемая приемником частота излучения равна

4 (Р) (1-Р ) (2) V где =С, С вЂ” скорость распространения излучения в среде, к — частота излучения источника в системе отсчета, связанной с излучателем, g угол между направлением вектора скоф рости Ч и .линией, соединяющей источник излучения и приемник. Формула (2) учитывает продольный и поперечный релятивистский эффект — эффект

Допплера, При малых скоростях движения (Ч « с, Р « 1,;Я =0) из формулы (2) следует

=, (1 -P.cosa) о(1+Pосозоб) . (3) В этом случае релятивистский поперечный эффект Допплера отсутствует

Для случая. когда излучение (когерентного) источника сосредоточено в некоторой области углов например, для лазерного источника — дифракцион ная расходимость), под которой понимают такую величину угла, внутри которого сосредоточена определенная, например 99Х энергия или мощность, на приемник излучения при его перемещении в зоне прохождения сечения пучка измеряемого излучения лучи (элементарные пучки излучения) падают под различными .углами в диапа " ф зоне --. При этом возникает некото2. рое частотное уширение первоначальной спектральной линии излучения источника, равное

С, где W — — первоначальная дпина волны

5 Чо излучения источника. Для простоты рас: суждений лазер считается одномодовым и одночастотным, дальнейшее рассмотрение ведется для оптического

1О лазерного излУчения. При движении приемника в направлении, nерпен@ику лярном оси излучения, величина „ „*-W .Ч макс является наибольшей. Тогда для %

10 см, Ч = 10З см/с имеем 6 д„е=

=1 Гц. Угловое разрешение при измерении угловой расходимости равно ЬЧЧ 6

10 рад, а при h,= О, 63 мкм, Ч

2. 104 cM/с и И 1 Гц имеем h W

-9

= 5 r10 рад, существующие способы измерения расходимости обеспечивают угловое разрешение acera — 10 рад.

При использовании предлагаемого способа, например по гомодинной схе25 ме смешения, удается измерять уширение спектра порядка единиц герц. При соблюдении определенных условий, связанных с длиной когерентности лазера, конечная сравнительно большая (1Π— 10 Гц) ширина линии излучения

6 Z лазера. не мешает измерению весьма малых уширений. При измерении больших значений угловой расходимости необходимо пользоваться членами разложения

35. в ряд функциональной зависимости час" тоты от чгла.

Таким образом, известные способы и приборы позволяют измерять ушнрение

40 спектра с необходимой. точностью.

При периодическом движении приемника излучения возникает частотная модуляция, определяемая периодом Т периодического движения, и сигнал с приемника может быть подвергнут синхронному накоплению и детектированию.

При этом увеличение углового разрешения в первом приближении будет пропорционально 47, где 1 — время накоп50

Предлагаемый способ применим как для когерентного излучения, так и для излучения различного происхождения: у звуковых, .ультразвуковых, радиодиапазона и оптического диапазона, естественно с уче1ом особенностей их регистраций.