Способ определения направления пучка оптического излучения и устройство для его осуществления

Способ определения направления пучка оптического излучения и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: фотометрия, измерение координат и энергии пучка в системах измерения стабильности направленности излучения лазера. Сущность изобретения: способ определения направления пучка оптического излучения включает его фокусировку , деление на три идентичных пучка, измерение энергии первого пучка, второго пучка, прошедшего через фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в горизонтальном направлении, третьего пучка, прошедшего через второй аналогичный фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в вертикальном направлении, и расчет изменения направления пучка оптического излучения . Устройство для определения направления пучка оптического излучения содержит расположенные последовательно на одной оптической оси фокусирующий элемент, светоделитель, делящий сфокусированное излучение на три идентичных пучка , два аналогичных фотометрических клина, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и установленных с ортогонально ориентированными главными сечениями клиньев, и три измерителя энергии первого, второго и третьего пучков соответственно. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. СЛ с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 J 1/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4938232/25 (22) 23.05.91 (46) 23.03.93, Бюл. М 11 (71) Опытное конструкторское бюро "Радуга" (72) Ю.К.Буреев, Ю,Л,Волков, M.È.Çàöåïèí и

В.Н,Румянцев (73) Опытное конструкторское бюро "Радуга" (56) Лазеры: методы измерения диаметра пучка и энергетической расходимости лазерного излучения. ГОСТ 26086-84, с, 6, Лазеры: Методы измерения относительного распределения плотности энергии излучения. ГОСТ 25917-83, с. 4. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПУЧКА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: фотометрия, измерение координат и энергии пучка в системах измерения стабильности направленности излучения лазера. Сущность изобретения: способ определения направления пучка оптического излучения включает его фокусиИзобретение относится к фотометрии, а именно к измерениям координат и энергии пучка, и может быть использовано в системах измерения стабильности направленности излучения лазера.

Целью изобретения является повышение точности, расширение диапазона углов измеряемых направлений и упрощение способа определения направления пучка оптического излучения и устройства для его осуществления при измерении изменения направления пучка оптического излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения направления.Я2, » 1804595 АЗ ровку, деление на три идентичных пучка, измерение энергии первого пучка, второго пучка, прошедшего через фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в горизонтальном направлении, третьего пучка, прошедшего через второй аналогичный фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в вертикальном направлении, и расчет изменения направления пучка оптического излучения, Устройство для определения направления пучка оптического излучения содержит расположенные последовательно на одной оптической оси фокусирующий элемент, светоделитель, делящий сфокусированное излучение на три идентичных пучка, два аналогичных фотометрических клина, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и установленных с ортогонально ориентированными главными сечениями клиньев, и три измерителя энергии первого, второго и третьего пучков соответственно. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. пучка оптического излучения, включающем его фокусировку, определение координат энергетического центра фокального пятна в плоскости фокусировки и определение изменения направления пучка по найденным координатам, сфокусированное излучение делят на три идентичных пучка, измеряют энергии первого пучка, второго пучка, прошедшего через фотометрический клин, установленный в плоскости фокусировки в вертикальном направлении, и рассчитывают координаты энергетического центра фокального пятна по формулам

1804595 хо = — Ig E Yo — — — 19 — с (1)

1 Ех 1 Еу о где К вЂ” константа фотометрического клина;

Ер, Ех, Еу измеренные энергии перво5 го, второго и третьего пучка излучения соответственно:

M N

Ео=hx Ay Z Z Pnj, Ь= =1

Ех= Лу Х (Prj го), Еу — — Ь< Лу Х Х ф„ .г„), 10 (2) где г,, г! — коэффициенты пропускания в 15 различных точках фотометрического клина в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно: п=екх < =еку (3) 20

Из уравнений (2) получают коэффициенты пропускания фотометрических клиньев, соответствующие координатам энергетического центра фокального пятна: 25

Eõ аппо

Ео

Е ХХ ы г„ цо Е

Подставив значения t no, тю в уравнение (3), получают выражения для координат энергетического центра фокального пятна: 35

xpj = — Ig — уо) = — К Ig Е, (4)

1 Ех 1 Еу

К Ео К о где i — номер импульса излучения.

Тогда угловое изменение направления пучка оптического излучения равно д A Xoi Xol — Xom

Л а в

45 л и, Yoj уот

1 ъ/зj где m — номер импульса излучения, направ50 ление которого принято за опорный.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения направления пучка оптического излучения, содержащее фокусирующий элемент и приемник излуче55 ния, расположенный в плоскости фокусировки, введены расположенные на одной оптической оси с фокусирующим элементом светоделитель, делящий сфокусированное излучение натри идентичных пучка, два аналогичных фотометрических клина, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и ортогонально ориентированных главными сечениями клиньев относительно друг друга, а устройство для приема излучения выполнено в виде трех приемников излучения, расположенных на оптических осях соответствующих пучков излучения.

Повышение точности измерений возможно благодаря компенсации зонной погреш ности чувствител ьности приемника излучения, так как в предлагаемом техническом решении для определения координат энергетического центра фокального пятна измеряют лишь энергии пучков, в схемах реализации которых данная погрешность полностью компенсирована, а в известных технических решениях необходимо измерять ОРПЭ, и поэтому компенсировать данную погрешность чувствительности оптическими методами в данном случае принципиально нельзя. Неравномерность чувствительности различных типов фотоприемников и многоканальных фотоприемных устройств достигает 10 — 30, Использование для преобразования oljтического излучения пары фотометрический клин — измеритель энергии позволяет получить практически неограниченный диапазон углов измеряемых направлений по сравнению с известными техническими решениями, где ограничение накладывает малая апертура приемника излучения.

На фиг. 1 приведена принципиальная оптическая схема для осуществления предложенного способа; на фиг. 2 — пример выполнения фотометрического клина, установленного в горизонтальном (а) и вертикальном (6) направлениях.

Определение направления пучка лазерного излучения производят при помощи устройства (фиг, 1), состоящего из расположенных последовательно на одной оптической оси фокусирующего элемента 1, светоделителя 2, делящего сфокусированное излучение на три идентичных пучка, приемника 3 излучения, выполненного с возможностью измерения энергии первого пучка, двух аналогичных фотометрических клиньев 4 и 6, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и установленных с ортогонально ориентированными главными сечениями клиньев, и двух измерителей энергии 5 и 7 второго и третьего пучков соответственно.

Устройство работает следующим образом. Исследуемое лазерное излучение фокусируют элементом 1, делят светоделителем

1804595

Раг. У

2 на три идентичных пучка, первый из которых попадает непосредственно на приемник 3 излучения (измеритель энергии); второй, пройдя через фотометрический клин 4, установленный в плоскости фокуси- . 5 ровки и сориентированный его главным сечением в горизонтальном направлении, попадает на измеритель 5 энергии; третий, пройдя через фотометрический клин 6, установленный в плоскости фокусировки и сори- 10 ентированный его главным сечением в вертикальном направлении, попадает на измеритель 7 энергии, По значениям измеренных энергий трех пучков по формулам (4) и (1) определяют угловое изменение на- 15 правления пучка оптического излучения, Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность и расширить диапазон углов измеряемых направлений, 20

Формула изобретения

1. Способ определения направления пучка оптического излучения, заключающийся в том, что фокусируют пучок излучения, определяют координаты энергетического центра 25 фокального пятна в плоскости фокусировки, по которым судят об угловом изменении направления пучка, отл ича ю щийсятем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона углов измеряемых 30 направлений и упрощения способа, сфокусированное излучение делят на три идентичных пучка, измеряют энергию первого пучка, измеряют энергию второго и третьего пучков, прошедших через идентичные 35 фотометрические клинья, установленные в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и ортогонально ориентированные главными сечениями клиньев относительно друг друга, а координаты хо, у0 энергетического центра фокального пятна определяют по формулам:

1 Ех 1 Еу хо = — 9 — ° Уо = — Ó 9 — Е

К Ео К Ео где К вЂ” константа фотометрического клина, Ео, Ex, Ey — измеренные энергии первого, второго и третьего пучков излучения, соответствен но.

2. Устройство для определения направления пучка оптического излучения, содержащее фокусирующий элемент и устройство для приема излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона углов измеряемых направлений, в него введены расположенные последовательно на одной оптической оси с фокусирующим элементом светоделитель, делящий сфокусированное излучение на три идентичных пучка, два аналогичных фотометрических клина, расположенных в плоскости фокусировки во втором и третьем пучках и ортогонально ориентированные главными сечениями клиньев относительно друг друга, а устройство для приема излучения выполнено в виде трех приемников излучения, расположенных на оптических осях соответствующих пучков излучения.

1804595 ла5ные чения

25

35

45

Составитель В.Румянцев

Техред М.Моргентал Корректор М.Ткач

Редактор Г.Бельская

Заказ 1076 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101