Способ формирования оптического импульса заданной длительности

Способ формирования оптического импульса заданной длительности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптико-физическом измерениям и может быть использо вано для целей метрологического обеспечения лазерной импульсной дальнометрии. Целью изобретения является повышение точности воспроизведения импульса заданной длительности. Цель изобретения достигается тем, что формируют исходный оптический импульс, длительность которого может отличаться от требуемой длительности . С помощью лазера 1 преобразуют исходный оптический импульс в Два импульса такой же длительности. С помощью еветоделительной пластины 2 измеряют длительность первого полученного оптического импульса измерителем длительности 3. Преобразуют второй оптический импульс в N импульсов с помощью блока оптического деления 4. Задерживают каждый из полученных оптических импульсов относительно предыдущего на оптической линии задержки 5. Суммируют все полученные импульсы в блоке оптического суммирования 6.3 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 S 17/00, G 01 СЗ/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) г ф1,Е,Я

Н

tg

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ,:::-:-::::::.."."","","/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873100/22 (22) 08.08.91 ,(46) 23.04.93. Бюл. N 15 (71) Научно-производственное объединение

"Метрология" (72) В. М. Балабан, Л. Б. Ватова, Б. И. Рубинштейн и Е, П, Тимофеев (56) Метрологическое обеспечение энергетической фотометрии, M.: Атомиздат, 1979, с. 119-120, Аникеев H. В., Батыгина А. И, Егорова Т. К.

Колесов Г. В. и др, Поверочная установка высшей точности для средств измерения длительности одиночного оптического импульса излучения, — Измерительная техника, 1977; N 3, с. 56-58, (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА ЗАДАННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ (57) Изобретение относится к оптико-физическом измерениям и может быть использо„„ Д„„1810862 А1 вано для целей метрологического обеспечения лазерной импульсной дальнометрии.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения импульса заданной длительности. Цель изобретения достигается тем, что формируют исходный оптический импульс; длительность которого может отличаться от требуемой длительности. С помощью лазера 1 преобразуют исходный оптический импульс в два импульса такой же длительности, С помощью светоделительной пластины 2 измеряют длительность первого полученного оптического импульса измерителем длительности 3.

Преобразуют второй оптический импульс s

N импульсов с помощью блока оптического деления 4. Задерживают каждый из полученных оптических импульсов относительно предыдущего на оптической линии задержки 5. Суммируют все полученные импульсы в блоке оптического суммирования

6.3 ил.

1810862

Изобретение относится к оптико-физическим измерениям и может быть использовано для целей метрологического обеспечения лазерной импульсной дально-. м етрии. 5

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения заданной длительности короткого оптического импульса, Поставленная цель достигается за счет того, что в способе формирования оптиче- "0 ского импульса заданной длительности содержащем формирование исходного оптического импульса, длительность которого

«4 и может отличаться от х, преобразование

его в два оптических импульса II и lц такой же длительности и измерение длительности одного из них II, которое устанавливает, что значение длительности находится в интерааЛЕ «min «ц «max ПрЕдуСМОтрЕНЫ СЛЕдующие отличия;

20 а) преобразуют второй импульс 1ц и N оптических импульсов Iц1 — I!IN такой же длительности и одинаковой амплитуды, причем значение величины N выбирают так, чтобы .выполнялось неравенство . N 2 «/Zmln, б) задерживают второй из этих N импульсов 162 по отношению к первому lц1, третий — Iцз — по отношению к второму

1ц2...N é по отношению (N-1)-му на величину 30

Ьt, равную«/Й; в) смешивают все N оптических импульсов ц1...1ц и считают, что полученный суммарный оптический импульс 12 имеет заданную длительность «для всех х > «m®<.

Все предлагаемые операции, являющиеся существенными отличительными признаками, известны в науке и технике.

Однако благодаря использованию этих признаков во взаимосвязи друг с другом и в 40 строго определенной последовательности, . способ формирования коротких оптических импульсов заданной длительности приобретает качественно новое положительное свойство — позволяет решить проблему по- 45 вышения точности и стабильности воспроизведения заданной длительности коротких оптических импульсов, что особенно важно для целей метрологического обеспечения импульсных дальномеров.

На фиг. 1 приведены огибающие оптических импульсов II!1 — !!цч (а) — прямоугольной (б) — треу гол ь ной. (в) — колокол ообразной, (r) — экспоненциальной форм и соответствующие огибающие суммарных 55 импульсой l = llll для значения « =1,66 «и, 1 — 1

И=5; «min=0 99 «u «вах=1.01 «u: на фиг.2 пОказано, как зависит погрешность, с которой формируется короткий оптический импульс заданной длительности «согласно предлагаемому способу. от величины требуемой длительности «, а также от формы и длительности исходного импульса; на фиг.

3 — пример блок-схемы устройства для технической реализации данного способа формирования оптического импульса заданной длительности, где обозначено: 1 — лазер, 2— светоделительная пластина; 3 — измеритель длительности; 4 — блок оптического деления; 5 — оптическая линия задержки; 6- блок оптического суммирования.

Способ характеризуется следующими операциями.

1. Формируют исходный оптический импульс, длительность которого «и может отличаться от требуемой длительности «, 2, Преобразуют исходный оптический импульс в два оптических импульса II u Ill такой же длительности «и, 3, Измеряют длительность и оптического импульса tl, устанавливая. что «и лежит в

ИНтЕРВаЛЕ («min, «вах)

4. Преобразуют оптический импульс !и и N оптических импульсов III1.„!цщ такой же длительности и одинаковой амплитуды, причем значение величины N выбирают так; чтобы выполнялось неравенство

И> 2 «/«в1п.

5, Задерживают второй из этих N импульсов lll2 по отношению к первому II!1, третий — III3 — по отношению к второму III2, М-й по отношению к (N — 1)-му на величину Лт, равную «/N;

6. Суммируют все N оптических импульсов II!1, I!I2...ll!p и считают, что полученный суммарный оптический импульс I< имеет длительность «äëÿ всех «> «»>.

Способ реализуется следующим ббразом.

Операция формирования исходного оптического импульса осуществляется, например, лазером 1, работающим в режиме синхронизации мод и генерирующим оптические импульсы, длительность которых может быть достаточно малой.

Операция преобразования исходного оптического импульса в два оптических импульса II и! ц такой же длительности «> осуществляется с помощью светоделительной пластины 2, распределяющей излучение по двум каналам 11 и! ц.

Операция измерения длительности onтИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСа il — «u МОжЕт ВЫПОЛНЯТЬся любым измерйтелем длительности 3.

Погрешность измерителя при этом не влияет на точность метода, но изменяет сам интврааЛ «min «вах

1810862

Операция преобразования оптического импульса 1и и N оптических импульсов

II11...IIIN выполняется с помощью оптического деления блока 4, например молочного стекла, преобразующего оптический импульс 1ц в равномерно распределенное в пространстве оптическое излучение, и Й ol1тических световодов 5 (например, полые с

L»d, где L — длина световода, à d — его диаметр), 5, Операция задержки каждого из оптических импульсов III2".IIIN по отношению к предыдущему на величину Л t осуществляется за счет того, что оптические световоды выполнены, так, что длины двух ближайших световодов отличаются на величину .Ь&сопз1, вследствие чего времена задержки оптического импульса для каждого световода отличается на величину кратную At, которая пропорциональна AL, L выбирают таким, чтобы выполнялось Ьt= r/Й.

6. Операция суммирования оптических импульсов! ц„.lilN выполняется с помощью блока..оптического суммирования 6, например, линзы, В способе-прототипе точность воспроизведения требуемой длительности х короткого оптического импульса не может превышать точности измерения длительности исходного импульса ти (аттестованным измерителем), Например, неисключенная систематическая погреш ность измерения длительности короткого оптического импульса аттестованным измерителем в способе-прототипе, в интервале 5 10 9-5 10 с составляет 20%, причем точность уменьшается с уменьшением величины с

Стабильность .воспроизведения заданной длительности ограничена возможностями системы, формирующей исходный импульс длительности ru.

Чтобы показать, что в данном способе повышается точность воспроизведения заданной длительности короткого оптического импульса рассмотрим, как зависит длительность сформированного по,этому способу суммарного оптического импульса х, от формы и длительности гц исходного импульса, На фиг. 1 проиллюстрирована зависимость т от формы исходного импульса. Параметры rmln. Tmax, 7и N выбраны так чтобы в соответствии с данным способом выполнялись условия N > 2 тlrmln г > т ах. Огибающая исходного импульса прямоугольной формы (кривая (а)) описывается выражением треугольной формы (кривая (6) выражением

t!r„; 0 1<т„, 2 — с/ги, ти <Ы2 т„;

О, с<О,С>2ты

I(t) =5 колоколообразной формы (кривая (в) выражением

10 1/2(1 — cos(t/т}, ОЯ<2 ??„: () 0, t<0; 1>2тц, экспоненциальной формы (кривая (r) — выражением

0,2(-1,4т/rî vt/rи), t 0

I(t) = — е

О, 1<0;

20 Как видно из графиков на этой фигуре огибающие суммарных импульсов могут существенно отличаться для различных форм огибающих исходных импульсов, однако, длительности суммарных импульсов т. от25 личаются при этом от требуемой еэличины т менее, чем íà 3% (для выбранных эначений z и N. Характеризуя погрешность метода величиной д = (lt — г!/г). 100%, из 1

1 получаем

30 для прямоугольного импульса (а) д =0%; для треугольного импульса (б) д =1,6%; для колоколообразного импульса (в) д=04%; для экспонен циал ьного импульса (г)

35 д =2,6%.

Длительность т суммарного импульса, сформированного по данному способу может зависеть не только от формы исходного импульса, но и от его длительности гц, а

40 также от требуемой длительности г. Действуя так же, как и при построении кривых на фиг. 1, можно получить значения z и, следовательно, определить погрешность метода д = (1т - t I /т 100% для любых комбинаций

45 величин ти тц и любых огибающих исходных импульсов, На фиг. 2 показано, как зависит погрешность метода д от величины требуемой длительности т (нормированной íà #max) для

50 огибающих исходных импульсов, изображенных на фиг, 1 и для длительностей этих .импульсов, равных

I tu= Гт!п=0,2 tmax о= Tmax

Анализ приведенных результатов показывает, что погрешность метода д во всех случаях не превышает 30% для 7 - Lmax, быстро уменьшается с ростом т и становится меньше 3% для т > 1,7 гп ах. Существен1810862

А, Й ным при этом является то. что погрешность метода практически не зависит от длительности исходного импульса т„, которая может принимать любые значения в интервале

dmin Хтах. ИМЕННО ЭТО ОбСТОЯТЕЛЬСТВО ЯВЛЯ- 5 ется основным при объяснении преимуществ данного способа по сравнению со способом-прототипом.

Действительно, как следует из способапрототипа, длительность сформированного 10 по этому способу импульса совпадает с

ДЛИтЕЛЬНОСтЬЮ ИСХОДНОГО ИМПУЛЬСа Хи Отличается от требуемой длительности .х(хотя

ИЗМЕРЕННОЕ ЗНВЧЕНИЕ Хцизм =Х).

Это отличие, которое и определяет по- 15 грешность самого способа, тем больше, чем больше нестабильность системы, формирующей исходный импульс и чем больше погрешности, с которой измеряется длительность этого импульса, т,е. чем больше 20

ИНтЕРВаЛ dmin> Ха ах, КОТОРОМУ ПРИНВДЛЕжат все возможные значения длительности х исходного импульса, В данном способе нестабильность системы формирования исходного импульса и 25 погрешность измерения его длительности таКжЕ ОПрЕдЕЛяЮт ИНтЕрВаЛ ХаЬ tmax, Однако длительность сформированного по этому способу импульса х практически не зависит от х, а значит от величины интер- З0

ВаЛа Ymln+ Хтах, И КаК СЛЕдуЕт ИЗ фИГ. 2 С большой точностью совпадает с требуемой длительностью Х. Именно это свойство, т.е. независимость длительности сформированного оптического импульса х от точностных З5 характеристик. измерителя длительности исходных импульсов и от стабильности сиса! А r. . ю темы, формирующей эти импульсы, позволяет повысить точность при формировании короткого оптического импульса согласно данному способу по сравнению со способом-прототипом;

Таким образом из всего вышеизложенного следует, что благодаря отличительным . признакам и достигается качественно новый положительный эффект, а именно повышение точности формирования заданной длительности оптического импульса.

Формула изобретения.

Способ формирования оптического импульса заданной длительности х, заключающийся в формировании исходного оптического импульса, преобразовании.его в два оптических импульса, идентичных по длительности исходному импульсу, измереНии длительности первого из двух оптических импульсов, сравнении длительности х с длительностью исходного оптического импульса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования импульса заданной длительности, .перед сравнением предварительно формируют исходный импульс с длительностью tg, которая при сравнении удовлетворяет условию ru< r, полученный из него после преобразования второй оптический импульс преобразуют a N импульсов одинаковой амплитуды, — идентичных по длительности исходному, причем количество N выбирают из условия N > 2 х/х, задерживают каждый 1-й импульс 1=2,3...N) относительно (I-1)-го импульса на время. равное х/N, и складывают все N оптических импульсов.

Ю !

1810862

Составитель М. Раевская

Техред М.Моргентал Корректор С, Лисина

Редактор

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

Заказ 1445 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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