Способ измерения радиуса пространственной когерентности

Способ измерения радиуса пространственной когерентности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может быть использовано для дистанционного измерения радиуса пространственной когерентности источников инфракрасного излучения произвольной мощности. Цель изобретения - обеспечение дистанционности и повышение оперативности измерений. Для измерения радиуса пространственной когерентности исследуемого излучения лазерный пучок фокусируют с помощью оптической системы в выделенной области рассеивающей среды, рассеянное излучение из области фокусировки принимают по крайней мере в двух точках одновременно, излучение регистрирутот и преобразуют в электрические сигналы, определяют их взаимную корреляционную функцию, радиус пространственной когерентности рц определяют по расстоянию 6, меяоду точками приема рассеянного излучения, при котором корреляционная функция уменьшилась в m раз, по формуле р р, (- ln-ni), где то - 1/е или 1/2. Прием рассеянного излучения из области фокусировки исследуемого излучения, где плотность .излучения максимальна, позволяет увеличить отношение сигнал/шум и соответственно увеличит дальность измерений . Измерение радиуса простран ,ственной когерентности возможно На расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. 1 ил. i (Л С

СО)ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

09) (11) (51)5G 01 1 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 07. 10.92, Бюл. Р 37 (21) 4178936/25 (22) 12.01.87 (71) Институт оптики атмосферы

СО АН СССР (72) М.С.Беленький, А.Н.Глушков, П.И.Нетреба и В.В.Покасов (53) 536.35 (088.8) (56) Мирзаев А.Т. и др. Когерентность излучения лазеров, Обзоры по электронной технике, ч.II, сер.4. М.,ЦНИИ

"Электроника", 1979, с.40.

Аленцев Б.М. и др. Измерение, спектрально-частотных и корреляционных параметров лазерного излучения.

М.: "Радио и связь, 1982, с.259. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОГЕРЕНТНОСТИ (57) Изобретение относится к области измерения параметров лазерного излучения и может быть использовано для дистанционного измерения радиуса пространственной когерентности источников инфракрасного излучения произвольной мощности. Цель изобретения - обес. печение дистанционности и повышение оперативности измерений. Для иэмерення радиуса пространственной когерентности исследуемого излучения ла" зерный пучок фокусируют с помощью оптической системы в выделенной области рассеивающей среды, рассеянное излучение иэ области фокусировки при" нимают по крайней мере в двух точках одновременно, излучение регистрируют и преобразуют в электрические сигналы, определяют их взаимную корреляционную функцию, радиус пространственной когерентности p„ определяют по расстоянию О, между точками приема рассеянного излучения, при котором корреляционная функция уменьшилась вщ раз, по формуле p„ = p, (- 1п m) / 2, где m = 1/å нли 1/2. Прием рассеянного излучения из области фокусировки исследуемого излучения, где плотность.излучения максимальна, позволяет увеличить отношение сигнал/шум и соответственно увеличит дальность иэ" мерений. Измерение радиуса простран, ственной когерентности возможно на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. 1 ил.

14?9705

В,(р)а (Т4 < I4)) ° (т — аТр) .

Обычно принимают m -"-, где е е — основание натуральных логариф" мон; или m 1/2.

Радиус когерент»ости р> определяют по формуле pk "- (3, (-опт) /"Г?- °

Средпий размер р> частично когерент пего пучка на расстоянии L от источи»ха в турбулентной атмосфере on" ределяются формулой г 1. 2 1, 2

)+()

1 -я

Изобретение относится к области

Ifaìåðånèa параметров лазерного излучения и может быть использовано для дистанционного измерения радиуса про5 странственной когерентности источников инфракрасного излучения произвольпой мощпостие

Целью изобретения является достижение дистанционности и повышение )0 оперативности измерения радиуса пространственной когерентности.

На чертеже изображена схема уст ройства, реализующего способа измерения радиуса пространственной когерентности лазерного излучения.

Исследуемое излучение от лазера 1 с помощью оптической системы 2 фоку" сируется в области 3 рассеивающей среды. Рассеянное средой излучение 20 через приемные апертуры 4,5 принимают фотоприемники 6, 7, где излучение преобразуется в электрические сигналы, С помощью строб-блока 8 и коммутаторов 9,10.nà коррелометр 11 посту- 25 пают электрические сигналы, пропорциональные интенсивности излучения, рассеянного из области 3 фокусировки.

Изменяя расстояние между приемниками или установив несколько прием- 30 инков на разных расстояниях относительно друг друга, определяют такое расстояние р, между точками приема рассеянного излучения, при котором

;:орреляционная функция В,((3) интенсивностей рассеянного излучения I и Х, принятого через приемные апертуры 4 и 5, уменьшается в m раз no . сравнению со своим значением при расстоянии О. 40

Корреляционная функция B,(p) определяется осреднением, обозначаемым знаками а: :

4 1, +(-- — ) + ---(— — ), pk 1 Iî где ао — радиус излучающей апертуры оптической системы 2; F — радиус кривизны волнового фронта в центре

2 излучающей апертуры;

71 - длина волны; р, "(1,45k С„1.) радиус когерентности плоской волны г

Ф

Ск - структурная характеристика флуктуаций показателя преломления.

Если частично когерентное излучЕL ние фокусируется (†-- 1) большой

F апертурой оптической системы 2

ka = †-e )p .l на заданной дальности

?„ то первое слагаемое (геометрический размер) обращается в ноль, а второе оказывается пренебрежимо мало по сравнению с третьим.

В многомодовых лазерных пучках, возбуждаемых в сферическом резонаторе лазера, .Г3 а,и,, где 11, - число поперечных мод, а отношение третьего слагаемого ко второму равно а /pк - N,, следовательг но, вторым слагаемым можно пренебречь., Последнее слагаемое определяет влияние турбулентности на средний размер пучка. Пусть Е = 10 м, aa = з

1 м, q = 10,6 10 и. При этом

Q = 6 10 и условие Q >) выполнено.

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда С„ = Cи „ =. 1О м

Тогда для радиуса р- получаем оцен- ку p = 0,37 м, а отношение третьего слагаемого к четвертому оказывается равно ($„/p )2 .7,3 ° М,. Поэтому четвертым слагаемым также можно пренебречь, В итоге имеем

Гв

Из-за случайного попожения большого числа в рассеивающей области интенсивноеть рассеянного .излучения явля: ется Гауссовой случайной величиной, корреляционная функция которой определяется в виде Б,(р) = ) Г (p)j где à — функция взаимной когерентности рассеянного излучения. Вследствие этого в плоскости наблюдения воз»икает случайная пятенная картина

14297

Способ измерения радиуса пространственной когерентности лазерного

5 излучения, заключающийся в освещении рассеивающего объекта исследуемым:. лазерным излучением, фокусировке этого излучения на объекте и регистрации рассеянного излучения,о т л иО,ч а ю шийся тем,что,с цельюдостижения дистанционности и повышения оперативности,рассеянное излучение принимают иэ области фокусировки исследуемого излучения одновременно по крайней мере в двух точках, преобра" зуит интенсивности рассеянного излучения в электрические сигналы, определяют их взаимную корреляционную функцию, а радиус пространственной когерентности p„ определяют по расстоянию р, между тачками приема рассеянного излучения, прн котором корреляционная функция уменьшается в m pas па формуле

I !

1 ш - — ) е

P,, (-1n m)/12. с характерным размером неоднородностей р,, где p, — радиус корреляции флуктуаций интенсивности p, I./

/ 421 в), 5

Поскольку о ---, то радиус р в . с когерентности поля рассеянного излучения совладает с радиусом P„ когерентности источника, т.Е. p >„, а 1п величина Р, связана с ним соотношением p = P» / 42. Отсюда pq Pi / 42

Эта формула соответствует значению

m 1/е.

В то же время в ГОСТ 24453-80

"Измерение параметров и характеристик лазерного излучения, термины н определения и буквенные обозначения"

4% радиус пространственной когерентности определяется как расстояние между ®0 точками, при котором степень пространственной когерентности принимает значение, равное 1/2. Тогда формула для p< принймает вид p„ P>(-1n 1/2)/

/ 2. Если же масштабы р, и P„ onpe делять по убыванию соответствующих функций в ш раз, то

1

1=1

= б (-ln m)/42 (m — - или

У

Дистанционность измерений обеспечивается приемом рассеянного излучения из области фокусировки, что поз- 35 валяет увеличить отношение сигнал!

/шум и соответственно увеличить дальность измерений, Повьппение оперативности измерений достигается эа счет непосредст- 40 венного определения искомого парамет« ра по показаниям каррелометра, что позвбляет измерять искомый параметр. практически в реальном времени.

Пример соотношения параметров ° 45

Пусть L 10 м, а lм,,9, = 10,6" з

»10ам, С „ ы 10мм гл М ю 104 то гда р, 2, 5 см. Для ус транення усредняющего действия приемников на флуктуации интенсивности рассеяннога излучения входные апертуры долишм иметь размеры а < 0,25 см, а расстояние между ниии должно изменяться в пределах 0,5 с Р, и 5 см.

Изобретение позволяет проводить измерения радиуса когерентности излучения большой мощности, так как используется рассеянное излучение.

Увеличивается также разрешающая способность, которая при фотографической регистрации ограничена мощностью исследуемого излучения за счет насыще" ния фотоматериалов.Формула н э о б р е т е н и я

1429705

Составитель А.Городецкий

Редактор T.Âð÷èêова Техред g,яндык Корректор М. Васильева

Заказ 4566

Тираж Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Пр< ектпun 4