Страница: 2/3
(сила) измеряется чувствительным преобразователем.
Классический прибор для измерения малых сил - крутильные
весы. При попадании оптического излучения на приемное крыло
подвижная система отклоняется от положения равновесия на неко-
торый угол, по величине которого можно судить о значении мощ-
ности или энергии.
Значение угла __ при воздействии на нее непрерывного из-
лучения мощностью P:
где p - коэффициент отражения пластины
т - коэффициент пропускания входного окна камера
- угол падения излучения на пластинку
C - скорость света
K - жесткость подвеса
где W - энергия излучения
J - момент инерции вращающейся системы
Для отсчета угла поворота крутильных весов часто исполь-
зуют емкостной преобразователь. В этом случае пластина проти-
вовеса является одной из пластин конденсатора, включаемого в
резонансный контур генератора. При повороте подвижной системы
емкость конденсатора изменяется, меняется частота генерации,
что измеряется частотным детектором. Такая конструкция гро-
моздка, хотя и очень чувствительна.
Другой способ реализации высокочувствительной системы
отсчета является схема с 2-мя ф/р. При отклонении системы, ос-
вещенность ф/р меняется, мост разбалансируется и в его измери-
тельной диагонали появляется ток, пропорционален углу отклоне-
ния, который регистрирует mA.
Помимо крутильных весов для измерения широко используется
механотроны, которые представляют собой электровакуумный при-
бор с механически управляемой электродами. При воздействии
внешнего механического сигнала в механотроне происходит пере-
мещение подвижных электронов, что вызывает соответствующее из-
менение анодного тока.
Достоинства и недостатки методов:
Достоинства теплового метода:
1) широкий спектр и динамический диапазон измерений
2) простота и надежность измерительных средств
3) высокая точность
Недостатки:
1) малое быстродействие и чувствительность
Достоинства ф/э метода:
1) максимальная чувствительность и быстродействие
Недостатки:
1) сравнительно узкий спектральный диапазон
2) большая погрешность измерения (5..30%) по сравнению с
тепловыми приборами.
Достоинства пондеромоторного метода:
1) высокий верхний предел измеряемой энергии и мощности
2) высокая точность измерений
Недостатки:
1) жесткие требования к условиям эксплуатации (вибрации)
1.2 Измерение основных параметров импульса
лазерного излучения
Ряд активных сред работают в импульсных режимах генерации:
1) это лазеры на самоограниченных переходах - азотный ла-
зер, генерирующий в УФ диапазоне, и лазер на парах Cu, дающий
мощные импульсы зеленого цвета
2) рубиновые лазеры
В результате возникает задача: измерить основные параметры
генерации импульсных лазеров. Разделяют измерение временных и
энергетических параметров.
Измерение энергии импульса проводится обычно с помощью ф/э
приемника с высоким временным разрешением.
1.2.1 Анализ параметров импульса с помощью осциллографа
Для измерения формы импульса и его временных параметров
(длительности т, tнар и tспада) используют быстродействующие
фотоприемники с высокой линейностью световой характеристики.
Это коаксиальные ф/э серии ФЭК : их временное разрешение
1e-9..1e-10 с.
Для измерения формы импульса используют обычные уни-
версальные осциллографы с половой пропускания до 1e7 Гц, и спе-
циальные сверхкороткие осциллографы.
1.2.2 Изучение формы сверхкоротких лазерных импульсов
Используют косвенные методы, основанные на применении вре-
менной развертки, используемой в оптико-электронных осциллогра-
фах. Использование оптико-механической развертки не позволяет
сколь либо угодно улучшить временное разрешение, но позволяет
осуществить набор двумерных или одномерных изображений.
ЭОПы с разверткой обычно используют для исследования толь-
ко временных зависимостей интенсивности сфокусированного пучка
излучения (т.к. частота смены кадров гораздо ниже, что затруд-
няет исследование динамики процесса генерации).
Однако сложность, высокая стоимость, громоздкость и необ-
ходимость высококвалифицированного обслуживания затрудняет
использование камер с оптико-механической и электронной. Поэто-
му использую часто оптический метод измерения длительности им-
пульса.
"Световая" развертка была предложена в 1967 г. Джордмейном
при изучении длительности "nс" импульсов при распространении
двух одинаковых световых пучков навстречу друг другу в растворе
нелинейно люминесцирующего красителя.
В первом эксперименте "стоячая" волна образовывалась путем
отражения основного пучка "nс" импульсов в зеркале кюветы с
красителем. Возле зеркала (и далее с шагом l=TC/n) плотность
энергии прямого и отраженного пучка будет max из-за совпадения
i-го импульса. Левее зеркала на l будут совпадать (i-1)-й им-
пульс в прямой волне и (i+1)-й импульс - в отраженной. При уда-
лении от зеркала на 2l двуфотонная люминесценция красителя бу-
дет ярче из-за наложения (i-2) и (i+2)-го импульсов луча. Яр-
кость фонового свечения 2-х фотонной люминесценции B~I^2 ин-
тенсивности, а max яркости возле зеркала : B~(2*I)^2=4*Ш^2,
т.е. заметно выше.
1.3 Измерение пространственного распределения энергии в
лазерном пучке
Наиболее полная пространственно-энергетическая характе-
ристика лазерного излучения является диаграмма направленности,
т.е. угловое распределение энергии или мощности в лазерном
пучке. Практичекий интерес представляет распределение поля из-
лучения в дальней зоне, когда форма распределения перестает
зависеть от расстояния, превышающее d^2/&, где d - диаметр из-
лучающей апертуры лазера.
На практике используют два понятия расходимости, в первом
случае имеют ввиду плоский или телесный угол Q или Qs опреде-
ляющий ширину диаграмму направленности в дальней зоне по за-
данному уровню углового распределения энергии или мощности,
отнесенного к его max значению. Чаще всего значение уровня
принимается равным 0.5 и 1/e^2. Это определение характеризует
излучение одномодового лазера, т.е. распределение, близкое к
гауссовому. В случае многомодового режима диаграмма имеет мно-
гочисленные боковые лепестки, содержащие значительную часть
энергии. Поэтому величина расходимости по заданному уровню
энергии или мощности, т. е. по существу центрального max расп-
ределение не очень показательна. В таких случаях более удобной
характеристикой является энергетическая расходимость лазерного
излучения. (Qn,p или Qw,s), т.е. плоский или телесный угол,
внутри которого распространяется заданная доля энергии излуче-
ния.
Лазерное излучение характеризуется значением диаметра
пучка лазерного излучения, внутри которого происходит заданная
доля энергии или мощности.
Для практического определения расходимости используют три
основных метода:
1) Метод 2-х сечений
2) Метод регистрации диаграммы направленности
3) Метод фокального пятна
Наиболее распространенный метод измерения расходимости
пучка - метод фокального пятна.
1.4 Измерение поляризации лазерного пучка.
В лазерах излучение должно обладать 100% поляризацией
(линейной или круговой). Вид поляризации определяется особен-
ностями используемой в лазере активной среды - поляризацией ее
спонтанного излучения, и величиной коэффициента усиления для
элементарных поляризаций.
Все "элементарные" состояния поляризации могут быть полу-
чены из 2-х линейно поляризованных во взаимно ┴ плоскостях из-
лучений с амплитудой Ax и Ay.
2. Измерение спектральных и корреляционных параметров и
характеристик лазерного излучения.
Когерентность характеризуется двумя основными параметрами
- временной когерентностью
- степенью пространственной когерентности
2.1 Влияние параметров лазера на когерентность
его излучения
Лазер - прибор, в котором частота генерации зависит от
собственных (резонансных) частот резонатора. К вторичным эф-
фектам, изменяющим частоту генерации лазера оказывают эффекты
затягивания или отталкивания. Гораздо сильнее на частоту гене-
рации лазера влияют параметры активной среды: центральная час-
тота лазерного перехода, ширина спектральной линии.
Измерение лазерных характеристик может быть разделено на
3 группы:
1) Измерение спектра излучения многомодовых лазеров неп-
рерывного действия и "nc" лазеров
2) Прецезионное измерение длины волны или чатоты генера-
ции
3) Измерение ширины полосы генерации одночастотного лазе-
ра или разности частот генерации 2-х однотипных частотностаби-
лизированных лазеров.
3. Измерение основных параметров главных компонентов
лазера
Главные компоненты лазера: активная среда и оптический
Реферат опубликован: 1/06/2005 (6334 прочтено)