Измерение параметров лазеров
ВВЕДЕНИЕ
Получение достоверных результатов измерений как самих параметров
лазеров, так и выходных характеристик лазерных приборов и систем имеет свою
специфику, поскольку лазерное излучение характеризуется некоторыми
особенностями: широким спектральным (0,2 мм...1 мм) и динамическим
диапазоном (120...200 дБ), малой длительностью импульсов (до 0.1 пс),
высокой плотностью мощности (до 109 Вт/см2), энергии и т.п. Система
характеристик и параметров ров лазеров и лазерного излучения лазерных
приборов установлена ГОСТ 15093-75, ГОСТ 24453-80 и ГОСТ 23778-79, в
соответствии с которыми осуществляется контроль изделий лазерной техники на
этапе выпуска продукции и при их эксплуатации (табл.1).
Таблица 1
|Параметр, |Единица |Определение |Обозначе|
|характеристика |измерени| |-ние |
| |я | | |
|Энергетические параметры и характеристики |
|Энергия |Дж |Энергия, переносимая |W |
| | |лазерным излучением | |
|Мощность |Вт |Энергия, переносимая |P |
| | |лазерным излучением в | |
| | |единицу времени | |
|Интенсивность | |Величина, пропорциональная |J |
| | |квадрату амплитуды | |
| | |электромагнитного колебания | |
|Спектральная |Дж(Гц-1 | |W(, W( |
|плотность энергии|Вт(Гц-1 | |(P(,P() |
|(мощность) | | | |
|Средняя мощность |Вт | |Pu,ср |
|импульса | | | |
|Максимальная |Вт | |Pu, max |
|мощность импульса| | | |
|Спектральные параметры и характеристики |
|Длина волны | | |( |
|Частота | | |( |
|Ширина | | |(( |
|спектральной | | |(( |
|линии | | | |
|Степень | | |((/( |
|хроматичности | | |((/( |
|Пространственно-временные параметры и характеристики |
|Диаграмма | |Угловое распределение | |
|направленности | |энергии или мощности | |
| | |лазерного излучения | |
|Диаметр пучка |м |Диаметр поперечного сечения |d |
| | |пучка лазерного излучения, | |
| | |внутри которого проходит | |
| | |заданная доля энергии или | |
| | |мощности лазера | |
|Расходимость |рад, |Плоский или телесный угол, |QP |
| |ср |характеризующий ширину | |
| | |диаграммы направленности | |
| | |лазерного излучения в | |
| | |дальней зоне по заданному | |
| | |уровню углового | |
| | |распределения энергии или | |
| | |мощности лазерного | |
| | |излучения, определяемому по | |
| | |отношению к его | |
| | |максимальному значению | |
|Энергетическая |рад, |Плоский или телесный угол, |(S |
|расходимость |ср |внутри которого | |
| | |распространяется заданная | |
| | |доля энергии или мощности | |
| | |лазерного излучения | |
|Относительное | |Распределение плотности |(W,P,(W,|
|распределение | |энергии (мощности) излучения|S |
|плотности энергии| |по сечению лазерного пучка, | |
|(мощности) | |нормированное относительно | |
| | |максимального значения | |
| | |плотности энергии (мощности)| |
|Частота |Гц |Отношени числла импульсов |F |
|повторения | |лазерного излучения ко | |
|импульсов | |времени | |
|Длительность |с | |(u |
|импульсов | | | |
|Параметры когерентности |
|Степень | |Модуль комплексной степени |((12(()(|
|пространственно-в| |пространственно-временной | |
|ременной | |когерентности при | |
|когерентности | |фиксированных координатах | |
| | |точки в пространстве и | |
| | |времени, равный: | |
| | |[pic], где 0(((12(()((1, | |
| | |(12(() — функция взаимной | |
| | |когерентности,(11((),(22(() | |
| | |— функции взаимной | |
| | |когерентности для точек | |
| | |пространства с | |
| | |радиус-векторами r1,r2 | |
| | |соответственно при (=0 | |
|Степень | |Модуль комплексной степени |((12(О)(|
|пространственной | |временной когерентности для | |
|когерентнсти | |фиксированной точки | |
| | |пространства, равный | |
| | |[pic], где (12(() — функция | |
| | |пространственной | |
| | |когерентности | |
|Степень временной| |Модуль комплексной степени |((11(()(|
|когерентности | |временной когерентности для | |
| | |фиксированной точки | |
| | |пространства, равный | |
| | |[pic], где Г11(() — функция | |
| | |взаимной когерентности для | |
| | |точки пространства с | |
| | |радиусом-векторм r1 | |
|Время |с |Минимальное запаздывание, | |
|когерентности | |для которого степень | |
| | |временной когерентности | |
| | |принимает значение равное | |
| | |нулю | |
|Длина |м |Произведение времени |(К |
|когерентности | |когерентности на скорость | |
| | |электромагнитного излучения | |
| | |в вакууме | |
|Параметры поляризации |
|Плоскость | |Плоскость, проходящая через | |
|поляризации | |направление распространения | |
| | |линейно-поляризованного | |
| | |лазерного излучения и | |
| | |направление его | |
| | |электрического вектора | |
|Эллиптичность | |Отношение малой полуоси | |
|поляризованного | |эллипса, по которому | |
|лазерного | |поляризовано лазерное | |
|излучения | |излучение к его большой | |
| | |полуоси | |
|Степень | |Отношение интенсивности | |
|поляризации | |поляризованной составляющей | |
| | |лазерного излучения к полной| |
| | |его интенсивности | |
ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Для измерения энергетических параметров лазерного излучения могут
использоваться самые разнообразные методы, основанные на различных
физических и химических эффектах взаимодействия лазерного излучения с
веществом, последнее может находиться в любом агрегатном состоянии. Однако
наиболее широкое распространение получили методы, основанные на
преобразовании энергии лазерного излучения в тепловую энергию (тепловой
метод) и в энергию электрического тока (фотоэлектрический и
пироэлектрический методы). Реже применяется пондеремоторный метод,
основанный на преобразовании энергии лазерного излучения в механическую
энергию.
Измерение мощности и энергии лазерного излучения
Существующие средства измерения (СИ) энергетических параметров
лазерного излучения содержат приемный (первичный) измерительный
преобразователь (ПИП), измерительное устройство, а также отсчетное, или
регистрирующее устройство. В ПИП энергия лазерного излучения преобразуется
в тепловую или в механическую энергию или в электрический сигнал, доступные
для дальнейшего преобразования и измерения.
Различают ПИП поглощающего и проходного типа. В преобразователях
поглощающего типа поступающая на вход энергия лазерного излучения почти
полностью поглощается и рассеивается в нем. В преобразователях проходного
типа рассеивается лишь часть поступившей на вход энергии излучения (как
правило небольшая), а большая чисть изучения проходит через преобразователь
и может быть использована для требуемых целей.
Измерительное устройство включает преобразовательные элементы и
измерительную цель. Их назначение — преобразование выходного сигнала ПИП в
сигнал, подаваемый на отсчетное или регистрирующее устройство. Отсчетное
или регистрирующее устройство служит для считывания или регистрации
значения измеряемой величины в аналоговой или цифровой форме.
Обычно ПИП конструктивно выполняется в виде отдельного блока,
называемого измерительной головкой, а измерительное и отсчетное устройства
— в виде измерительного блока. В измерительный блок могут быть включены
дополнительные устройства, например цепи коррекции дрейфа нуля,
температурной и электрической стабилизации и др.
Тепловой метод
Сущность этого метода состоит в том, что энергия излучения при
взаимодействии с веществом приемного преобразователя превращается в
тепловую энергию, которая впоследствии измеряется тем или иным способом.
Для измерения тепловой энергии, выделившейся в ПИП, обычно используют:
—термоэлектрический эффект Зеебека (возникновение ТЭДС между нагретым и
холодным спаями двух разнородных металлов или полупроводников);
—явление изменения сопротивления металлов и полупроводников при изменении
температуры (болометрический эффект); фазовые переходы "твердое тело-
жидкость" (лед-вода);
—эффект линейного или объемного расширения веществ при нагревании и др.
Необходимо отметить, что все тепловые ПИП в принципе являются
калориметрами. Однако в литературе сформировались устойчивые названия ПИП,
ассоциируемые обычно с некоторой совокупностью характерных признаков,
свойственных приемным преобразователям определенных типов (термоэлементы,
болометры, пироприемники и пр. ) .
Наиболее широкое распространение для измерения таких усредняемых во
времени энергетических параметров лазерного излучения, как энергия и
средняя мощность, получили калориметры. Они имеют достаточно конструктивно
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
| 
