Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»змерение параметров лазеров — “ехнологи€

ѕосмотреть видео по теме –еферата

¬¬≈ƒ≈Ќ»≈

ѕ

олучение достоверных результатов измерений как самих параметров лазеров, так и выходных характеристик лазерных приборов и систем имеет свою специфику, поскольку лазерное излучение характеризуетс€ некоторыми особенност€ми: широким спектральным (0,2 мм...1 мм) и динамическим диапазоном (120...200 дЅ), малой длительностью импульсов (до 0.1 пс), высокой плотностью мощности (до 109 ¬т/см2), энергии и т.п. —истема характеристик и параметров ров лазеров и лазерного излучени€ лазерных приборов установлена √ќ—“ 15093-75, √ќ—“ 24453-80 и √ќ—“ 23778-79, в соответствии с которыми осуществл€етс€ контроль изделий лазерной техники на этапе выпуска продукции и при их эксплуатации (табл.1).

“аблица †SEQ “аблица * ARABIC 1

ѕараметр, характеристика

≈диница измерени€

ќпределение

ќбозначе-ние

Ёнергетические параметры и характеристики

Ёнерги€

ƒж

Ёнерги€, переносима€ лазерным излучением

W

ћощность

¬т

Ёнерги€, переносима€ лазерным излучением в единицу времени

P

»нтенсивность

¬еличина, пропорциональна€ квадрату амплитуды электромагнитного колебани€

J

—пектральна€ плотность энергии (мощность)

ƒж×√ц-1

¬т×√ц-1

Wl, Wn

(Pl,Pn)

—редн€€ мощность импульса

¬т

Pu,ср

ћаксимальна€ мощность импульса

¬т

Pu, max

—пектральные параметры и характеристики

ƒлина волны

l

„астота

n

Ўирина спектральной линии

dn

dl

—тепень хроматичности

dn/n

dl/l

ѕространственно-временные параметры и характеристики

ƒиаграмма направленности

”гловое распределение энергии или мощности лазерного излучени€

ƒиаметр пучка

м

ƒиаметр поперечного сечени€ пучка лазерного излучени€, внутри которого проходит заданна€ дол€ энергии или мощности лазера

d

–асходимость

рад,

ср

ѕлоский или телесный угол, характеризующий ширину диаграммы направленности лазерного излучени€ в дальней зоне по заданному уровню углового распределени€ энергии или мощности лазерного излучени€, определ€емому по отношению к его максимальному значению

QP

Ёнергетическа€ расходимость

рад,

ср

ѕлоский или телесный угол, внутри которого распростран€етс€ заданна€ до눆 энергии или мощности лазерного излучени€

qS

ќтносительное распределение плотности энергии (мощности)

–аспределение плотности энергии (мощности) излучени€ по сечению лазерного пучка, нормированное относительно максимального значени€ плотности энергии (мощности)

qW,P,qW,S

„астота повторени€ импульсов

√ц

ќтношени числла импульсов лазерного излучени€ ко времени

F

ƒлительность импульсов

с

tu

ѕараметры когерентности

—тепень пространственно-временной когерентности

ћодуль комплексной степени пространственно-временной когерентности при фиксированных координатах точки в пространстве и времени, равный:

£½g12(t)½£1, G12(t) Ч функци€ взаимной когерентности,G11(O),G22(O) Ч функции взаимной когерентности дл€ точек пространства с радиус-векторами r1,r2 соответственно при t=0

½g12(t)½

—тепень пространственной когерентнсти

ћодуль комплексной степени временной когерентности дл€ фиксированной точки пространства, равный

G12(O) Ч функци€ пространственной когерентности

½g12(ќ)½

—тепень временной когерентности

ћодуль комплексной степени временной когерентности дл€ фиксированной точки пространства, равный

11(t) Ч функци€ взаимной когерентности дл€ точки пространства с радиусом-векторм r1

½g11(t)½

¬рем€ когерентности

с

ћинимальное запаздывание, дл€ которого степень временной когерентности принимает значение равное нулю

ƒлина когерентности

м

ѕроизведение времени когерентности на скорость электромагнитного излучени€ в вакууме

D 

ѕараметры пол€ризации

ѕлоскость пол€ризации

ѕлоскость, проход€ща€ через направление распространени€ линейно-пол€ризованного лазерного излучени€ и направление его электрического вектора

Ёллиптичность пол€ризованного лазерного излучени€

ќтношение малой полуоси эллипса, по которому пол€ризовано лазерное излучение к его большой полуоси

—тепень пол€ризации

ќтношение интенсивности пол€ризованной составл€ющей лазерного излучени€ к полной его интенсивности

1.

ƒл€ измерени€ энергетических параметров лазерного излучени€ могут использоватьс€ самые разнообразные методы, основанные на различных физических и химических эффектах взаимодействи€ лазерного излучени€ с веществом, последнее может находитьс€ в любом агрегатном состо€нии. ќднако наиболее широкое распространение получили методы, основанные на преобразовании энергии лазерного излучени€ в тепловую энергию (тепловой метод) и в энергию электрического тока (фотоэлектрический и пироэлектрический методы). –еже примен€етс€ пондеремоторный метод, основанный на преобразовании энергии лазерного излучени€ в механическую энергию.

1.1

—уществующие средства измерени€ (—») энергетических параметров лазерного излучени€ содержат приемный (первичный) измерительный преобразователь (ѕ»ѕ), измерительное устройство, а также отсчетное, или регистрирующее устройство. ¬ ѕ»ѕ энерги€ лазерного излучени€ преобразуетс€ в тепловую или в механическую энергию или в электрический сигнал, доступные дл€ дальнейшего преобразовани€ и измерени€.

–азличают ѕ»ѕ поглощающего и проходного типа. ¬ преобразовател€х поглощающего типа поступающа€ на вход энерги€ лазерного излучени€ почти полностью поглощаетс€ и рассеиваетс€ в нем. ¬ преобразовател€х проходного типа рассеиваетс€ лишь часть поступившей на вход энергии излучени€ (как правило небольша€), а больша€ чисть изучени€ проходит через преобразователь и может быть использована дл€ требуемых целей.

»змерительное устройство включает преобразовательные элементы и измерительную цель. »х назначение Ч преобразование выходного сигнала ѕ»ѕ в сигнал, подаваемый на отсчетное или регистрирующее устройство. ќтсчетное или регистрирующее устройство служит дл€ считывани€ или регистрации значени€ измер€емой величины в аналоговой или цифровой форме.

ќбычно ѕ»ѕ конструктивно выполн€етс€ в виде отдельного блока, называемого измерительной головкой, а измерительное и отсчетное устройства Ч в виде измерительного блока. ¬ измерительный блок могут быть включены дополнительные устройства, например цепи коррекции дрейфа нул€, температурной и электрической стабилизации и др.

1.1.1

—ущность этого метода состоит в том, что энерги€ излучени€ при взаимодействии с веществом приемного преобразовател€ превращаетс€ в тепловую энергию, котора€ впоследствии измер€етс€ тем или иным способом. ƒл€ измерени€ тепловой энергии, выделившейс€ в ѕ»ѕ, обычно используют:
Чтермоэлектрический эффект «еебека (возникновение “Ёƒ— между нагретым и холодным спа€ми двух разнородных металлов или полупроводников);
Ч€вление изменени€ сопротивлени€ металлов и полупроводников при изменении температуры (болометрический эффект); фазовые переходы "твердое тело-жидкость" (лед-вода);
Чэффект линейного или объемного расширени€ веществ при нагревании и др.

Ќеобходимо отметить, что все тепловые ѕ»ѕ в принципе €вл€ютс€ калориметрами. ќднако в литературе сформировались устойчивые названи€ ѕ»ѕ, ассоциируемые обычно с некоторой совокупностью характерных признаков, свойственных приемным преобразовател€м определенных типов (термоэлементы, болометры, пироприемники и пр. ) .

Ќаиболее широкое распространение дл€ измерени€ таких усредн€емых во времени энергетических параметров лазерного излучени€, как энерги€ и средн€€ мощность, получили калориметры. ќни имеют достаточно конструктивно развитый приемный элемент, не объединенный с чувствительным элементом.   достоинствам калориметров относ€тс€ широкий спектральный и динамический диапазон работы, высока€ линейность, точность и стабильность характеристик, простота конструкции, возможность их использовани€ с высокоточными, хот€ и инерционными цифровыми приборами, возможность калибровки преобразователей по эквивалентному электрическому воздействию.

Ћюба€ калориметрическа€ система (рис.1.1) содержит внутреннее калориметрическое тело   (приемный элемент), в котором протекает процесс выделени€ (или поглощени€) тепла, и внешнюю оболочку ќ, с которой происходит теплообмен калориметрического тела путем теплопроводности, конвекции и излучени€.

K

TK

TO

O


–исунок †STYLEREF 1 1. SEQ –исунок * ARABIC 1 1 ѕринципиальна€ схема калориметра

“епловой поток ƒ† от калориметрического тела на оболочку зависит главным образом от разности температур их поверхностей ‘=GT(Tk-To), где GT Ч параметр, характеризующий тепловую проводимость cреды между калориметрическим телом и оболочкой. „асто теплообмен между K и O характеризуют также† обратной величиной RT=1/GT, имеющей смысл теплового сопротивлени€ среды. Ќаиболее широкое распространение дл€ измерени€ таких усредненных во времени энергетических параметров лазерного изучени€, как энерги€ и средн€€ мощность, получили калориметры переменной температуры (или неизотермические калориметры), у которых в процессе измерени€ “K=f(t)¹const. ”равнение теплового равновеси€ калориметрического тела K с оболочкой ќ в таком калориметре в предположении бесконечной температуропроводности вещества K имеет вид:

††††††††††††††††† (1.1)
где P(t) Ч мощность, рассеиваема€ в калориметре; c Ч теплоемкость K: T=TK-TO

” непрерывных лазеров характерным энергетическим параметром, который указываетс€ в паспорте, €вл€етс€ мощность лазера P. ” лазеров, работающих в режиме свободной генерации одиночных импульсов лазерного излучени€, обычно нормируетс€ энерги€ импульса Wu. Ћазеры, работающие в режиме модул€ции добротности резонатора и в режиме синхронизации мод, обычно характеризуютс€ значением Wu и дополнительно значением максимальной PUmax или средней PUср мощности импульса. »мпульсно-периодические лазеры характеризуютс€ средней мощностью Pср со временем усреднени€, значительно превышающим период следовани€ импульсов.

¬ соответствии с этим рассмотрим некоторые частные решени€ дифференциального уравнени€ (1.1).

1. ћощность, рассеиваема€ а калориметре, не измен€етс€ во времени, т.е. P(t)=PO=const. “огда

†† (1.2)
где t=RTC† посто€нна€ времени калориметра.

ћаксимальное значение “(t) достигаетс€ при tЃ¥ и равно Tmax=RT×PO.

2. ћощность в калориметре выдел€етс€ в виде периодической последовательности пр€моугольных импульсов: PO, tu и q Ч импульсна€ мощность, длительность и скважность импульсов соответственно. ћожно показать, что в этом случае дл€ значений параметров лазерного излучени€, наиболее часто встречающихс€ на практике ,

†† (1.3)
††††††††††† 3. ¬ калориметре рассеиваетс€ энерги€ одиночного пр€моугольного импульса. “емпература калориметрического тела в этом случае измен€етс€ во времени следующим образом:

†(1.4)

при 0£t£tu

при tu£t<¥

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††

ћаксимальное значение “(t) достигаетс€ при t=tu и равно Tmax=B×RT×Wu (Wu=PO×tuимпульса; д -- посто€нна€ калориметра) . ѕеречисленные частные случаи описывают три основных режима работы калориметрических преобразователей переменной температуры: режим измерени€ мощности непрерывных лазеров, средней мощности импульсно-периодический лазеров и режим измерени€ энергии одиночных лазерных импульсов.

¬ рассматриваемых калориметрах наибольшее распространение получили твердотельные приемные измерительные преобразователи. “акие ѕ»ѕ часто изготавливают в виде полостей Ч полого конуса, сферы с отверстием, полого цилиндра, а также комбинацией этих элементов. «а счет использовать эффекта многократных переотражений излучени€ внутри полости удаетс€ увеличить коэффициент поглощени€ приемного преобразовател€ и тем самым расширить рабочий диапазон длин волн, а также увеличить верхний предел измерени€ мощности и энергии лазерного излучени€.

3

1

2


–исунок †STYLEREF 1 1. SEQ –исунок * ARABIC 2 ”прощенна€ конструкци€ калориметрического ѕ»ѕ прибора »ћќ-2

¬ качестве примера на рис.1.2† изображен ѕ»ѕ прибора »ћќ-2, серийно выпускаемого отечественной промышленностью дл€ измерени€ средней мощности и энергии импульсов лазерного излучени€. «десь приемный элемент 1 выполнен в виде медного конуса со встроенным электрическим нагревателем дл€ градуировки, причем на его приемную поверхность нанесено поглощающее покрытие, ¬ качестве чувствительного элемента 2 применена медно-константанова€ термобатаре€, содержаща€ более 2000 термопар, равномерно распределенных между наружной поверхностью приемного элемента и поверхностью пассивной теплоемкой оболочки 3 калориметра. “ермобатарею получают путем меднени€ полувитков спирали пр€моугольного сечени€ из константановой Ч проволоки. “акие элементы не требуют включени€ в состав ѕ»ѕ источников питани€, так как их выходной величиной €вл€етс€ термо-Ёƒ—, возникающа€ между холодным и нагретым† спа€ми разнородных металлов и полупроводников. Ѕольшое количество термопар в составе термобатареи повышает чувствительность таких ѕ»ѕ.

»змерительна€ головка »ћ0-2 содержит две одинаковые† калориметрические секции с ѕ»ѕ, которые наход€тс€ внутри пассивного термостата, образованного толстостенным медным корпусом и кожухом измерительной головки. ƒл€ уменьшени€ нестабильности ѕ»ѕ термобатареи включены последовательно навстречу друг другу, что позвол€ет исключить вли€ние температуры окружающей среды. »змерительной блок содержит стабильный усилитель посто€нного тока дл€ усилени€ сигнала с выхода термопреобразовател€, стабилизированный источник посто€нного напр€жени€ дл€ проверки сохранности градуировочной характеристики прибора в процессе эксплуатации, цепи коммутации и регулировки коэффициента усилени€ ”ѕ“ и аналоговое отсчетное устройство.

ƒл€ расширени€ верхнего предела измерени€ мощности непрерывного лазерного излучени€ в комплекте прибора имеетс€ ослабитель.

ќсновные технические характеристики прибора »ћќ-2 и некоторых других тепловых средств измерений мощности и энергии лазерного излучени€, серийно выпускаемых промышленностью, приведены† в табл. 2.

¬ приборе » “ имеетс€ также конический элемент, который обладает более высокой стойкостью к лазерному излучению в вследствие того, что на его конический приемный элемент действует лазерное излучение, прошедшее рассеивающий матированный сапфировый элемент. ¬ результате этого излучение распредел€етс€ по всей приемной поверхности и плотность его снижаетс€. ¬ качестве чувствительного элемента здесь используетс€ термометр сопротивлени€, выходной величиной которого €вл€етс€ изменение электрического сопротивлени€ ѕ»ѕ под действием изменени€ температуры приемного элемента, возникающего при поглощении падающего излучени€. ѕоэтому в состав таких ѕ»ѕ должен входить источник питани€. »змерительна€ головка » “, так же как и в »ћ0-2, содержит два одинаковых ѕ»ѕ с термометрами сопротивлени€, включенных в плечи моста посто€нного тока.

ѕримером ѕ»ѕ проходного типа может служить малоинерционный проволочный болометрический измеритель средней мощности излучени€ (рис.1.3). “акой ѕ»ѕ выполнен в виде двух редких решеток из тонких металлических проволок, перекрывающих все сечение пучка излучени€ и соединенных последовательно. ѕринцип работы преобразовател€ основан на болометрическом эффекте, возникающем при частичном поглощении проход€щего через решетки лазерного излучени€.

ƒл€ редкой двойной решетки, если ее период c значительно превышает диаметр d проволоки, полные потери оптического излучени€, включающие потери на отражение, дифракцию и поглощение в элементах решетки, не превышают 4d/c. Ќаиболее подход€щими материалами дл€ проволок €вл€ютс€ платина, золото и никель, которые обладают высокой механической прочностью и технологической простотой изготовлени€ решеток с малым диаметром d и большим периодом c.




“аблица †SEQ “аблица * ARABIC 2

є

п/п

Ќаимено-вание

“ип ѕ»ѕ

–абочий диапазон длин волн, мкм

ƒиапазон измерени€

мощности энергии

†¬т†††††††††† ƒж

¬рем€ одного измерени€ дл€ мощности

¬рем€ установлени€ показани€

ƒиапазон длительностей измер€емых импульсов, с

ƒиапазон измер€емых диаметров пучков, мм

ќсновна€ погрешность измерени€,† %

¬ид индикации

1

ќ—»—ћ Ч образцовое средство измерений средней мощности

“ермо≠электрический

0.4 - 12

10-3 - 102

2.5 мин

4 ¸ 10

dP=1 ¸ 3

÷ифровой

2

ќ»ћ-1-1 Ч образцовый измеритель мощности излучени€ (80 кг)

“о же

0.3 - 3.5

10-3 - 10-1

8 мин

3 ¸ 8

dP=1

—трелочный

3

»ћќ-2-2ћ Ч образцовый измритель мощности и энергии лазерного излучени€

“о же

0.4 - 10.6

10-2 - 102

10-1 - 10

3 мин

5 с / 2 мин

2×10-4 - 10-3

4 ¸ 12

dP=1 ¸ 3

dE=3 ¸ 4

÷ифровой

4

»ћќ-2 Ч измеритель средней мощности и энергии лазерных импульсов

“ермоэлектрический

0.33 -10.6

5×10-3 - 102

3×10-3 - 10

2.5 мин

8 c / 2 мин

10-4 - 10-3

4 ¸ 12

dP=5 ¸ 8

dE=7 ¸ 22

—трелочный

5

ћ  3 - 18ј Ч ваттметр поглощаемой мощности калориметрический

Ѕолометрический

0.4 - 3.5

5×10-4 - 10-2

10-3 - 0.3

10 с

20 с / 30 с

10-8 - 10-3

£10

dP,E=10 ¸ 20

—трелочный

6

ћ« - 24 Ч измеритель мощности калориметрический

“о же

0.4 - 3.5

10-3 - 10

10-2 -10

10 c

10 c / 20 c

10-8 - 10-3

£20

dP=5 ¸ 12

dE=5 ¸ 22

—трелочный

7

ѕ¬ - 1 Ч пироэлектрический ваттметр

ѕироэлектрический

0.4 - 10.6

10-4 - 102

10 c

2 ¸† 23

dP=10 ¸ 20

—трелочный

8

‘ѕћ -01 Ч фотометр переносной малогабаритный дл€ импульсных и непрерывных лазеров

‘отоэлектрический

0.4 -1.06

10-7 - 10-1

10-8 - 0.05

1 c / 1 c

2×10-4 - 10-2

2† 14

dP=15

dE=10 ¸ 20

÷ифровой

9

‘ѕћ -02 Ч то же дл€ импульсных лазеров (модификаци€ ‘ѕћ - 01)

‘отоэлектрический

0.53 - 1.06

510-9 - 10-3

1 c / 1 c

10-8 - 10-7

2† 14

dE=20

÷ифровой

10

ќ—»Ё Ч образцовое средство измерени€ энергии

“ермоэлектрический

0.5 - 10.6

2×10-2 -10

5 c / 4.5 мин

10-8 - 10-3

4 ¸ 15

dE=4

÷ифровой

11

» “ - 1Ќ - измеритель калориметрический твердотельный

“о же

0.4 - 4.0

5×10-2 - 103

10 c / 8 мин

10-8 - 10-3

4 ¸ 45

dE=22

—трелочный




“ак, например, из платиновых нитей диаметром 3Е5 мкм можно изготовить решетки с поперечным размером более 10 см и периодом 1 мм. ¬ этом случае общие потери но превышают 4Ј5Ј10-3=0.02, а коэффициент пропускани€ приемного измерительного преобразовател€ достигает 98%. ѕосто€нна€ времени прибора не превышает 10-3 с.

RK

R

R

R3

R

R2

R4

R1

R


–исунок †STYLEREF 1 1. SEQ –исунок * ARABIC 3 ‘ункциональна€ схема малоинерционного болометрического измерител€ мощности лазерного излучени€ проходного типа

≈сли в ѕ»ѕ чувствительным элементом €вл€етс€ термометр сопротивлени€, который непосредственно воспринимает оптическое излучение и в нем отсутствует конструктивно развитый приемный элемент, то такой ѕ»ѕ традиционно называют болометром, а в качестве термометра сопротивлени€ могут использоватьс€ не только проволочные проводники, а и пленочные. ѕриемно-чувствителльные элементы этих приборов часто помещают в вакуумированную оболочку » тогда их называют вакуумными. √лубокоохлаждаемые болометры, работающие при температурах жидкого азота и гели€, используют дл€ измерени€ сверхмалых потоков излучени€ (эквивалентную мощность шума можно снизить до 10-14 ¬тЈ√ц-1/2) либо при стремлении достичь максимального быстродействи€ (субнаносекундный диапазон) .

 алориметры, в которых тепловые процессы не привод€т к изменению температуры калориметрического тела (т.е. “K=TO=const), ю называютс€ изотермическими калориметрами, или калориметрами посто€нной температуры. ѕринцип действи€ таких калориметров основан либо на использовании эффектов фазового перехода вещества и состоит в измерении количества калориметрического вещества (льда), перешедшего под действием поглощенной энергии лазерного излучени€ в другую фазу (воду) при температуре существовани€ фазового перехода (0∞) (калориметры с фазовым переходом), либо на эффекте компенсации в самом калориметре выделенного излучением тепла за счет теплового эффекта с противоположным знаком (компенсационные калориметры и калориметры с предварительным подогревом). —ледует отметить, что на практике такие приборы используютс€ редко, за исключением калориметров с предварительным подогревом. ¬ этих приборах калориметрическое тело предварительно (до поступлени€ и ѕ»ѕ измер€емого излучени€) подогреваетс€ до некоторой стационарной температуры, превышающей температуру окружающей среды. ѕри подаче лазерного излучени€ мощность подогрева вручную или автоматически уменьшают ты, чтобы температура калориметрического тела оставалась прежней. ѕоглощенна€ ч в калориметре мощность в этом случае равна изменению мощности подогрева. ѕо такому принципу работает образцовый измеритель мощности лазерного излучени€ ќ»ћ-1-1, у которого мощность подогрева уменьшаетс€ вручную.

ѕринцип работы пироэлектрических ѕ»ѕ основан на использовании пироэлектрического эффекта, наблюдаемого у р€да нецентросимметричных кристаллов при их облучении и про€вл€ющегос€ в возникновении разр€дов на гран€х кристалла, перпендикул€рных особенной пол€рной оси. ≈сли изготовить небольшой конденсатор и между его обкладками поместить пироэлектрик, то изменени€ температуры, обусловленные поглощением излучении, будут про€вл€тьс€ в виде изменени€ зар€да этого конденсатора и могут быть зарегистрированы. ¬ходное сопротивление пироэлектрического приемника €вл€етс€ почти чисто емкостным. ѕоэтому сигнал на его выходе может по€витьс€ только при переменном входном сигнале, что вызывает необходимость модул€ции излучени€ при измерении пироприемником излучени€.

¬ыходной сигнал пироэлектрических ѕ»ѕ пропорционален скорости изменени€ среднего прироста температуры d(DT)/dt чувствительного элемента, а не величине DT, не на которую реагируют тепловой приемники. —ледствием этого €вл€етс€ высокое быстродействие приемников (до 10-8), в также высока€ их чувствительность(10-7Е10-8 ƒж), большой динамический диапазон работы (10-8Е10 ƒж) и широкий спектральный диапазон (0.4Е10.6 мкм).  онструктивно чувствительный элемент пироприемника не отличаетс€ от колориметрических ѕ»ѕ(см. рис. 1.2), за исключением самого чувствительного элемента 2, выполненного из пироэлектрика. —реди промышленных разработок измерени€ малых (до 10-9 ¬т/см2) и сверхмалых (до 10-12 ¬т/см2) потоков излучени€ наибольшее применение нашли пироэлектрические преемники на основе титаната бари€, триглинсульфата и на основе керамики цирконат-титанат бари€. „увствительные элементы таких ѕ»ѕ представл€ют собой плоскопараллельную пластину толщиной 20Е100 мкм с нанесенными на обе стороны электродами. Ќа облучаемую сторону пластины нанос€т поглощающее покрытие либо его роль выполн€ет полупрозрачный электрод. — помощью сравнительно несложной технологии чувствительные элементы можно изготавливать достаточно сложной формы с размерами приемной площадки от 10-4 до 106.

ќблада€ р€дом преимуществ перед тепловыми преобразовател€ми, пирозлектрические ѕ»ѕ наход€т все более широкое применение дл€ измерени€ энергетических и пространственно-энергетических параметров лазерного излучени€.

1.1.2‘отоэлектрический метод.

‘отоэлектрический метод измерени€ энергетических параметров лазерного излучени€ основан на переходе носителей зар€да под действием фотонов измер€емого излучени€ на более высокие энергетические уровни. ¬ качестве фотоэлектрических ѕ»ѕ используют фотоприемники (‘ѕ), которые дел€тс€ на две группы: с внешним и внутренним фотоэффектом. ¬нешний заключаетс€ в испускании электронов под действием фотонов в вакуум, внутренний Ч в переходе электронов из св€занного состо€ни€ под действием фотонов в свободное, т.е. в возбужденное состо€ние внутри материала. ¬ обоих случа€х переход происходит при поглощении веществом отдельных квантов излучени€, поэтому ‘ѕ €вл€ютс€ квантовыми приборами. Ёнерги€ электромагнитного излучени€ в них непосредственно превращаетс€ в электрическую, которую затем измер€ют. ¬ыходной электрический сигнал ‘ѕ зависит не от мощности падающего излучени€, а от количества квантов излучени€ и энергии каждого кванта.

ќбщее выражение преобразовани€ входного оптического сигнала в выходной электрический сигнал, осуществл€емого фотоэлектрическим ѕ»ѕ, можно записать в следующем виде:

I=I‘ѕ+I=Sl×P+IT†(1.5)
где I Ч полный ток, протекающий через ‘ѕ, ј; I‘ѕ Ч ток через ‘ѕ, вызванный падающим потоком излучени€, ј; I Ч темновой ток, ј; Sl Ч спектральный коэффициент преобразовани€, или абсолютна€ спектральна€ чувствительность ‘ѕ, ј/¬т; P Ч мощность падающего на ‘ѕ излучени€, ¬т.

Ќиже кратко рассмотрены основные фотоэлектрические преобразователи, примен€емые в средствах измерени€ мощности и энергии лазерного излучени€.

‘отопреобразователи с внешним фотоэффектом. Ёнерги€ фотоэлектронов, испущенных с поверхности катода под действием электромагнитного излучени€, определ€етс€ выражением:

W=hn-w (1.6)
где n Ч частота излучени€, √ц; h Ч посто€нна€ ѕланка, (h=6.63×10-34 ƒж×с); w Ч посто€нна€ завис€ща€ от природы материала фотокатода. »спускание электронов имеет место лишь в том случае, когда hn>w= hnќ, где nќ Ч порогова€ частота, ниже которой фотоэффект невозможен. ƒлину волны lќ=с/nќ называют длинноволновой (красной) границей фотоэффекта. ќбычно коротковолнова€ граница фотопреобразовател€ ограничиваетс€ пропусканием входного окна ѕ»ѕ.

  фотоприемникам на основе внешнего фотоэффекта относ€тс€ вакуумные приборы: фотоэлементы (‘Ё) и фотоэлектронные умножители,

—пектральный диапазон вакуумных ‘ѕ зависит от материала фотокатода. ¬ насто€щее врем€ выпускаемые промышленностью ‘Ё и ‘Ё” перекрывают диапазон от ”‘ (0.16 мкм) до ближнего »  излучени€ (1,2 мкм Ч дл€ серебр€но-кислородно-цезиевого катода). јбсолютна€ спектральна€ чувствительность ‘Ё определ€етс€ следующим образом:

Sl=QЁ‘×l/1.24† (1.7)
где QЁ‘ Ч эффективный квантовый выход, l Ч длина волны излучени€, мкм, Sl мен€етс€ в зависимости от типа и конструкции прибора (10-3Е10-1 мј/¬т).

ƒинамический диапазон, в котором сохран€етс€ линейность преобразовани€ оптического сигнала в электрический, дл€ ‘Ё сравнительно большой. Ќижний предел ограничен шумами и темновым током ‘Ё, верхний Ч вли€нием пространственного зар€да и продольным сопротивлением фотокатода, ¬ режиме непрерывного облучени€ нижний

предел может достигать 10-14 ј, верхний не превышает 10-4 ј. ¬ импульсном режиме верхний предел может быть увеличен до дес€тков ампер.

Ўумы и темновые токи ‘Ё сравнительно невелики, однако из-за низкой чувствительности ‘Ё нецелесообразно примен€ть их дл€ измерени€ малых уровней оптических сигналов.

—овременные сильноточные временные ‘Ё позвол€ют получать врем€ нарастани€ переходной характеристики (между уровн€ми 0.1 и 0.9 от максимального значени€) пор€дка 10-10 с.

‘Ё” обладают высокой чувствительностью благодар€ наличию умножительной (диодной) системы. ≈сли коэффициент вторичной эмиссии i-го диода si, коэффициент сбора электронов gi , а m Ч число каскадов усилени€, то коэффициент усилени€ ‘Ё”:

†(1.8)
абсолютна€ спектральна€ чувствительность ‘Ё”:

Sl= Slk×M

где† абсолютна€ спектральна€ чувствительность фотокатода ‘Ё”, определ€ема€ аналогично по формуле (1.7).

„увствительность ‘Ё” может достигать ~105 ј/¬т в максимуме спектральной характеристики. ¬ обычных ‘Ё” линейность сохран€етс€ до дес€тков миллиампер, у современных сильноточных Ч до единиц ампер.

ѕри измерени€х оптических сигналов большой мощности можно увеличить диапазон линейности† ‘Ё” дл€ больших потоков частично использу€ динодную систему и снима€ сигнал с промежуточных динодов. Ќижний предел динамического диапазона ограничен шумами и темновыми токами ‘Ё”, которые обычно составл€ют 10-11Е10-5 ј. Ѕыстродействие современных ‘Ё” лежит в пределах 30...1 нс (1н=10-9 с).

  ‘ѕ на основе внутреннего фотоэффекта относ€тс€ фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, ћƒѕ-фотоприемники и другие полупроводниковые ‘ѕ. ƒл€ измерени€ энергетических параметров излучени€ наиболее широкое распространение получили фотодиоды (‘ƒ) и фоторезисторы (‘–).

ƒействие ‘– основано на €влении фотопроводимости, заключающемс€ в возникновении свободных носителей зар€да в некоторых полупроводниках и диэлектриках при падении на них оптического излучени€. ‘отопроводимость приводит к уменьшению электрического сопротивлени€ и соответственно к увеличению тока, протекающего через фоторезистор.

ќбщее выражение дл€ абсолютной спектральной чувствительности ‘– может быть представлено в виде:

†(1.10)
где e Ч зар€д электрона; V Ч† объем освещенности части полупроводника; Q Ч квантовый выход внутреннего фотоэффекта; m Ч подвижность фотоносителей; t Ч врем€ жизни фотоносителей; l Ч рассто€ние между контактами; u Ч напр€жение, приложенное к ‘–.

‘– различных типов перекрывают широкий спектральный диапазон(0.4Е25 мкм); большинство из них требует охлаждени€ до температуры жидкого азота или жидкого гели€, что вызывает дополнительные трудности при их использовании в измерительной аппаратуре в качестве ѕ»ѕ.  роме того, они обладают большей инерционностью и невысокой чувствительностью, что также ограничивает их применение дл€ измерений энергетических параметров лазерного излучени€.

Ќаиболее широкое использование дл€ этих целей имеют германиевые и кремниевые фотодиоды. ¬озникающие под действием излучени€ неосновные носители диффундируют через p-n-переход и ослабл€ют электрическое поле последнего, что приводит к изменению электрического тока в цепи. ‘ототок в широких пределах линейно зависит от интенсивности падающего излучени€ и практически не зависит от напр€жени€ смещени€. ƒл€ измерени€ энергетических параметров излучени€ обычно используют фотодиодный режим (с питанием), так как при этом диапазон линейности и быстродействие гораздо больше, чем в фотовольтаическом режиме (без питани€). ¬ажное значение дл€ работы всех ‘ѕ имеет согласование с электронной схемой.

јбсолютна€ спектральна€† чувствительность ‘ƒ:

Sl=t×g×Q×l(1-r)/1.24 (1.11)
где† t Ч коэффициент пропускани€ окна прибора; g Ч коэффициент

собирани€ носителей; Q Ч квантовый выход; l Ч длина волны излучени€; r Ч коэффициент отражени€.

¬ рабочем спектральном диапазоне абсолютна€ спектральна€ чувствительность составл€ет дес€тые доли ј/¬т. ќбласть спектральной чувствительности кремниевых фотодиодов составл€ет 0.4Е1.2 мкм (максимум около 0,85 мкм), германиевых Ч 0.3Е1.8 мкм (максимум в области 1,5 мкм). “акие ѕ»ѕ не требуют охлаждени€. “емновые токи у кремниевых ‘ƒ примерно на пор€док ниже, чем у германиевых и достигают 10-5Е10-7 ј, а при специальной технологии изготовлени€ Ч 10-9Е10-12 ј. ‘ƒ обладают сравнительно низким уровнем шумов, что в сочетании с высокой чувствительностью делает, их ‘ѕ с низким порогом чувствительности. Ёто позвол€ет использовать ‘ƒ дл€ измерений весьма слабых потоков излучени€ (до 10-6 ¬т)

»нерционность обычных полупроводниковых ‘ƒ составл€ет 10-6Е10-8 с, а временное разрешение Ge и Si лавинных ‘ƒ достигает 1Е10 нс. ‘ƒ изготавливают с размерами фоточувствительной площадки примерно от долей мм до 10 мм, а лавинные ‘ƒ Ч до 1 мм.

ƒл€ измерени€ относительно больших уровней мощности и энергии целесообразно примен€ть ѕ»ѕ с невысокой чувствительностью, т.е. ‘Ё. ƒл€ измерени€ средних уровней энергетических параметров лазерного излучени€ можно примен€ть как вакуумные приборы ( ‘Ё”), так и полупроводниковые (‘–, ‘ƒ) . ƒл€ измерени€ малых потоков требуютс€ приемники с высокой чувствительностью и низким уровнем шума. ‘отодиоды уступают по чувствительности ‘Ё”. ќднако ‘ƒ обладают низким уровнем шума. Ёто позвол€ет примен€ть ‘ƒ дл€ измерени€ малых потоков не непосредственно, а с помощью усилител€. ¬ этом случае ‘ƒ вполне могут конкурировать с ‘Ё”, а в р€де случаев и превосходить их по характеристикам.

ќсновные преимущества ‘ƒ по сравнению с ‘Ё”: небольшие габариты, низковольтное питание, высока€ надежность и механическа€ прочность, более высока€ стабильность† чувствительности, низкий уровень шумов, лучша€ помехозащищенность от электрических и магнитных полей.

Ќедостатки ‘ƒ по сравнению с ‘Ё”: меньшее быстродействие дл€ большинства ‘ƒ, более сильное вли€ние температуры на параметры и характеристики прибора.

ƒл€ измерени€ временных параметров лазерного излучени€ следует примен€ть наиболее быстродействующие фотоэлектрические приемники Ч ‘Ё, дл€ измерени€ малых потоков Ч ‘Ё” и лавинные ‘ƒ.

ƒл€ измерени€ мощности лазерного излучени€ в непрерывном режиме могут быть использованы как вакуумные, так и полупроводниковые ‘ѕ, поскольку здесь не требуетс€ их высокого быстродействи€.

1.1.3

¬ пондемоторных измерител€х энергии и мощности лазерного излучени€ используетс€ эффект ѕ. Ќ. Ћебедева . Ћазерное излучение падает на тонкую приемную металлическую или диэлектрическую пластину и давит на нее. ƒавление (сила) измер€етс€ чувствительным преобразователем.

3

6

7

4

2

5

1

8


–исунок †STYLEREF 1 SEQ –исунок * ARABIC

ƒл€ измерени€ давлени€ излучени€ используют различные преобразователи: емкостные, пьезоэлектрические, крутильные весы на механическом и магнитном подвесе, механотроны. ѕервые два типа большого распространени€ не получили из-за малого значени€ коэффициента преобразовани€, малой помехоустойчивости и сложности системы отсчета и регистрации. Ќаиболее широко примен€ютс€ крутильные весы Ч классический прибор дл€ измерени€ малых сил. —хема устройства приведена на рис.1.. Ќа раст€жках или подвесе 1 укреплено коромысло 2 с приемным крылом 3, противовесом 4 и зеркалом 5, расположенным в вакуумированной камере. ѕри попадании оптического излучени€ на приемное крыло подвижна€ система отклон€етс€ от положени€ равновеси€ на некоторый угол, по величине которого можно судить о значении оптической мощности или энергии.  рючок 6 предназначен дл€ креплени€ груза при калибровке весов (определени€ их момента инерции и жесткости подвеса).

»з решени€ уравнени€ движени€ крутильного ма€тника можно получить значение угла поворота a приемной пластины 3 при воздействии на нее непрерывного излучени€ мощностью P

†(1.12)
где r Ч коэффициент отражени€ пластины; t Ч коэффициент пропускани€ входного окна камеры; l Ч рассто€ние от оси пучка излучени€ до оси вращени€; j Ч угол падени€ излучени€ на пластину; c Ч скорость света; K Ч жесткость подвеса. јналогичное выражение можно получитъ дл€ максимального угла разворота пластины amax Ч под действием импульса излучени€ энергией Wu:

†(1.13)
где J Ч момент инерции вращающейс€ системы. ”глы поворота отсчитываютс€ на шкале 8 по отклонению светового п€тна от лампочки 7 (рис. 1.4). ѕри известных параметрах системы формулы (1.12) и (1.13) позвол€ют определить энергию и мощность излучени€ в абсолютных единицах.

¬ насто€щее врем€ в конструкцию пондеромоторных† измерителей введено много усовершенствований, которые позволили улучшить их эксплуатационные и метрологические параметры. ѕрежде всего оказалось возможным отказатьс€ от вакуумировани€ и использовать атмосферное давление воздуха в камере. ѕрименение в качестве приемных элементов прозрачных диэлектрических пластин вместо отражающих металлических позволило увеличить верхний предел изменени€ энергии излучени€ (до 104 ƒж). “акие устройства позвол€ют измер€ть мощность лазерного излучени€, начина€ с единиц миливатт, и энергию импульсов в дес€тые доли джоул€.

ƒл€ отсчета угла поворота крутильных весов часто используют емкостный преобразователь. ¬ этом случае пластина противовеса €вл€етс€ одной из пластин конденсатора, включаемого в резонансный контур генератора. ѕри повороте подвижной системы емкость конденсатора, а значит, и частота генератора мен€ютс€, изменение частоты измер€етс€ частотным детектором. „увствительность такой системы очень высока, но сама система громоздка и сложна в настройке и управлении.

ƒругим способом реализации высокочувствительной системы отсчета €вл€етс€ схема с двум€ фоторезисторами, которые включены вместе с двум€ посто€нными резисторами в мостовую схему. ¬ положении равновеси€ мост сбалансирован. ѕри отклонении системы освещенность фоторезисторов мен€етс€, мост разбалансируетс€ и в его измерительной диагонали по€вл€етс€ ток, пропорциональный углу поворота, который регистрирует микроамперметр. ѕодобные системы индикации используютс€ в гальванометрических фотоусилител€х ‘117, ‘120, имеющих чувствительность около 0.1 ј/рад, что позвол€ет измер€ть минимальный угол отклонени€ пор€дка нескольких угловых секунд.

5

1

3

2

6

8

7

9

4


–исунок †STYLEREF 1 SEQ –исунок * ARABIC

”величение чувствительности в пондеромоторных измерител€х и улучшение разв€зки подвижной системы от толчков и вибраций достигнуты при помощи бесконтактного подвеса в магнитном поле (рис. 1.5). ѕодвижна€ система 1 с приемной пластиной 2, противовесом 3 и ферромагнитным €корем 4 подвешена в магнитном поле соленоида 5 внутри камеры. “ок соленоида регулируетс€ специальной автоматической системой, состо€щей из датчика 6, линейного 7 и дифференциального устройства 9. ѕри изменении вертикального положени€ системы в ответ на сигнал датчика вырабатываетс€ сигнал обратной св€зи, усиливающий или ослабл€ющий ток через соленоид и стабилизирующий положение системы. ѕоперечна€ устойчивость обеспечиваетс€ радиальным градиентом напр€женности пол€ соленоида.

ѕомимо крутильных весов дл€ измерени€ используютс€ механотроны, которые представл€ют собой электровакуумный прибор с механически управл€емыми электродами. ѕри воздействии внешнего механического сигнала в механотроне происходит перемещение одного или нескольких подвижных электродов, что вызывает соответствующее изменение анодного тока.

F

1

4

3

2

5

6


–исунок †STYLEREF 1 SEQ –исунок * ARABIC

ќтечественна€ промышленность выпускает р€д механотронных преобразователей, оформленных в виде обычных электронных ламп с октальным цоколем (6MXIЅ, 6MX«— и др.) и в миниатюрном оформлении с гибкими выводами (6MXIЅ и т.п.).  онструкци€ этих механотронов показана на рис. 1.6. —ам механотрон представл€ет собой диод с плоскопараллельными электродами. ¬ стекл€нном баллоне 1 наход€тс€ неподвижный катод 2 с подогревателем 3 и подвижный анод 4, жестко соединенный со стержнем 5, который впа€н в гибкую мембрану 6. ¬ходной механический сигнал (сила F) подаетс€ на внешний конец стержн€. ѕри этом подвижный анод перемещаетс€ относительно неподвижного катода, что приводит к изменению анодного тока и выходного сигнала преобразовател€, который дл€ измерени€ включают в мостовые схемы.

„увствительность механотронов не превышает 10 мј/г (или по мощности 10-9 ј/¬т). “акое значение чувствительности при величине флуктуаций тока 0.1 мкј, вызываемых температурным дрейфом, толчками и вибраци€ми, дает возможность уверенно измер€ть давление непрерывного излучени€ более 1к¬т. ≈сли излучение промодули ровать так, чтобы подвижна€ система механотрона вошла в резонанс, нижний предел измерени€ может достичь 100 ¬т. ѕоэтому механотронный преобразователь обычно примен€ют дл€ измерени€ больших уровней мощности и энергии импульсов лазерного излучени€, например непрерывного излучени€ мощных —ќ2-лазеров и импульсного на стекле с неодимом.

ќпыт, накопленный при разработке и эксплуатации различных типов измерителей энергии и мощности лазерного излучени€, позвол€ет сделать заключение об област€х применени€, достоинствах и недостатках различных методов.

  достоинствам теплового метода измерени€ энергетических параметров лазерного излучени€ относ€тс€ широкие спектральный и динамический диапазоны измерени€, простота и надежность измерительных средств. ¬ насто€щее врем€ в некоторых калориметрических измерител€х достигнута наиболее высока€ точность измерени€, а при использовании пироэлектрических приемников излучени€ и быстродействующих термоэлементов и болометров удалось получить быстродействие до единиц наносекунд.

  недостаткам теплового метода можно отнести малое быстродействие и чувствительность как раз тех тепловых приборов, которые обеспечивают наиболее высокую точность измерени€.

¬ приборах, основанных на фотоэлектрическом действии излучени€, достигаютс€ максимальна€ чувствительность и быстродействие; это позвол€ет использовать их в качестве измерителей формы импульсов и импульсной мощности вплоть до субнаносекундного диапазона. Ќедостатками таких приборов €вл€етс€ сравнительно узкий спектральный диапазон и обычно невысокий верхний предел измерени€ мощности (энергии), а также больша€ погрешность измерений (5Е30%) по сравнению с тепловыми приборами.

ѕреимущество пондеромоторного метода Ч высокий верхний предел измерени€ энергии и мощности излучени€ при достаточно высокой точности абсолютных измерений. ќсновной недостаток Ч жесткие требовани€ к услови€м эксплуатации (особенно к вибрации) и, вследствие этого, ограничени€ к применению в полевых услови€х.

1.2»змерение основных параметров импульса лазерного излучени€

 ак известно р€д активных сред в силу принципиальных или технических ограничений обычно работают в импульсном режиме генерации, —юда в первую очередь относ€тс€ лазеры на самоограниченных переходах Ч азотный лазер, генерирующий в ”‘ диапазоне (l=337,1 нм), и лазер на парах меди, дающий мощные импульсы зеленого излучени€ (l=510,5 нм), ≈ще более широко распространены рубиновые лазеры и лазеры на неодимовом стекле, импульсный характер генерации которых обусловлен прежде всего особенност€ми системы накачки и охлаждени€ активной среды. » наконец, в некоторых наиболее ответственных случа€х дл€ повышени€ пиковой мощности излучени€ некоторые лазеры перевод€тс€ в режим управл€емой генерации; при этом наиболее часто используютс€ методы управлени€ добротностью резонатора дл€ получени€ так называемого гигантского импульса и синхронизации продольных мод с целью получени€ пикосекундных (правильнее Ч сверхкоротких) импульсов.

¬ результате возникает задача измерени€ основных параметров генерируемого лазером импульса излучени€. ќчевидно, что наиболее простым было бы построение измерений по схеме получени€ абсолютной зависимости мощности излучени€ от времени P(t) с последующим извлечением из нее всех интересующих величин Ч обычно это пикова€ мощность Pu,max=P(t*), энерги€ импульса

††††††††† и его длительность Dt. ќднако точность таких измерений обычно невелика. ѕоэтому, как правило, раздел€ют измерение временных (–max и tu) и энергетических (W) параметров, что кроме повышени€ точности получаемых результатов позвол€ет упростить сами измерени€. ѕри этом измерение энергии импульса проводитс€ обычно с помощью калориметрического измерител€ (см.1.1), обеспечивающего наибольшую точность, или фотодиода с последующим интегрированием фототока, а измерение зависимости –(t) Ч с помощью фотоэлектронного приемника с высоким временным разрешением. »менно по такой схеме построены серийные приборы марок ‘Ќ и ‘”, рассчитанные на работу в диапазоне 0.4Е1.1 мкм при энергии в импульсе 10-3Е10 ƒж и пиковой мощности 104 Е108 ¬т; при длительности импульса tu =2.5Е5×10-9 с и частотой повторени€ F < 1 к√ц погрешность измерени€ энергии dEї20%, а мощность около 25%.

1.2.1јнализ параметров импульса с помощью осциллографа.

ƒл€ измерени€ формы импульса и его временных параметров (в частности, длительность импульса tu, времен нарастани€ и спада и т.п.) используют быстродействующие фотоприемники с высокой линейностью световой характеристики.   ним, в первую очередь, относ€тс€ специально разработанныt во ¬Ќ»»ќ‘» коаксиальные фотоэлементы серии ‘Ё , рассчитанные на нагрузку 75 ќм и напр€жение питани€ 1000 ¬; их временное разрешение (собственна€ посто€нна€ времени) колеблетс€ в пределах от 10-9 до 10-10 с, и максимальный фототок от 1 до 7 ј у разных марок, отличающихс€ конструкцией и типом фотокатода.

“аким образом, вопрос об эффективном преобразовании светового импульса в электрический в первом приближении (по крайней мере дл€ лазеров с "гигантским" импульсом) можно считать решенным. ƒл€ исследовани€ формы полученного электрического импульса используютс€ как обычные универсальные осциллографы с полосой пропускани€ до 107 √ц, так и специальные скоростные осциллографы с полосой пропускани€ 1...5 √√ц и чувствительностью†† ~1 мм/¬. ѕоследние обычно не имеют усилител€ (вертикального входа), и сигнал в них подаетс€ непосредственно на верительные отклон€ющие пластины, что и обеспечивает широкую полосу пропускани€, но при низкой чувствительности к входному сигналу. ƒальнейший анализ осциллограммы проводитс€ по ее фотоснимку, а также при использовании ЁЋ“ с длительным свечением люминофора или с накоплением зар€да и последующим его многократным считывании.

¬виду плохой воспроизводимости параметров лазерных импульсов использование стробоскопических методов исследовани€ не обеспечивает необходимой точности измерений и потому обычно не практикуетс€.

1.2.2

 ак указывалось в 1.1.2, наиболее быстродействующие фотоэлектрические приемники излучени€ имеют посто€нную времени 10-10 Е10-9 с, т.е. с их помощью можно надежно исследовать только "гигантские" импульсы, типична€ длительность которых составл€ет 10-8 с, а времена нарастани€ и спада могут быть значительно короче. ѕоэтому при исследовании временных зависимостей в случае наиболее коротких гигантских импульсов и, особенно, пикосекундных импульсов используют косвенные методы, основанные на применении временной развертки, используемой в электронных и оптических осциллографах. ¬ насто€щее врем€ принцип сверхскоростной временной развертки реализован как на базе оптико-механической развертки с растрами (кинокамера типа "лупа времени"), „то позвол€ет зарегистрировать Ќабор малоинформативных двумерных изображений с частотой съемки 105Е108 кадр/с, так и на базе непрерывной одномерной (щелевой) оптико-механической развертки (щелевые фоторегистраторы) с временным разрешением от 10-7 до 3×10-9 с. “аким образом, использование оптико-механической развертки не позвол€ет сколько-нибудь существенно улучшить временное разрешение, обеспечиваемое малоинерционными фотоприемниками, но позвол€ет получить набор двумерных (например, распределение по поперечному сечению пучка) или одномерных (одномерное сечение пучка, спектр и т.п.) изображений, правда, только дл€ излучени€ лазеров ”‘, видимого и ближнего »  диапазонов, что определ€етс€ ограниченным спектральным диапазоном используемых фотопленок.

ѕоэтому в некоторых случа€х примен€ют электронную развертку одно- или двумерных электронных "изображений", поступающих с фотокатода (сурьм€но-цезиевого, многощелочного или кислородно-цезиевого, что оговариваетс€† при заказе конкретного прибора) Ёќѕа. ¬ случае† использовани€ кислородно-цезиевого фотокатода "красна€" граница достигает 1.3 мкм. ќднако более существенным преимуществом используемых дл€ высокоскоростной регистрации ќЁѕов €вл€етс€ значительное усиление €ркости регистрируемого изображени€ Ч до (103Е108 )х в многокаскадных (2Е6) приборах; это важно при регистрации маломощных пикосекундных импульсов. ¬ зависимости от электронной системы развертки можно получить 9Е12 отдельных кадров (двумерных изображений) с временем экспонировани€ до 10-9Е5×10-13с, что обеспечиваетс€ отдельным электронным затвором, расположенным обычно у фотокатода. „астота смены кадров, обеспечиваема€ за счет синхронной работы двух взаимно перпендикул€рных систем электростатического отклонени€ (всего пучка фотоэлектронов), гораздо ниже, что затрудн€ет исследование динамики процесса генерации.

ѕо этой причине Ёќѕы с разверткой обычно используют дл€ исследовани€ только временных зависимостей интенсивности сфокусированногованного (монохроматическим объективом) пучка излучени€ пикосекундного лазера. ѕримен€ема€ при этом одномерна€ (обычно линейна€) развертка может иметь скорость до 1010 см/с, что обеспечивает получение на выходном люминесцентном экране (Æ40 мм) с разрешением от 5Е10 лин/мм (в 5-6-каскадных Ёќѕах) до 50 лин/мм (в однокаскадных) временной разрешающей способности 10-11 с. –екордна€ скорость одномерной (спиральной) развертки (6×1010 см/с) достигнута в Ёќѕе "ѕикохрон-1" за счет использовани€ на отклон€ющих пластинах —¬„-напр€жени€ (l = 3 см);

соответственно при разрешающей способности (не экране) 5 лин/мм временное разрешение моют достигать 5×10-13 с, что соответствует временным разбросам пролета электронов в пучке, и поэтому не может быть улучшено повышением скорости развертки. ’арактерно, что дл€ обеспечени€ удовлетворительных €ркости характеристик выходного сигнала (спирали на люминесцентных экранах) "ѕикохрон-1" имеет шестикаскадную систему усилени€, в результате чего €ркость возрастает в 107Е108 раз по сравнению с исходной (но существенно падает разрешающа€ способность выходного "изображени€").

“аким образом, вопрос исследовани€ временных зависимостей генерации пико- и даже фемтосекундных импульсов лазерного излучени€ можно считать в первом приближении решенным. ќднако сложность, высока€ стоимость, громоздкость и необходимость высококвалифицированного обслуживани€ затрудн€ет в некоторых случа€х практическое использование камер с оптико-механической и электронной развертками.


ќ√Ћј¬Ћ≈Ќ»≈,

 

†TOC o "1-3" ††††††† GOTOBUTTON _Toc339817550† †PAGEREF _Toc339817550 3

1.1 »змерение мощности и энергии лазерного излучени€...................................................................... GOTOBUTTON _Toc339817552† †PAGEREF _Toc339817552 3

1.1.1 “епловой метод..................................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc339817553† †PAGEREF _Toc339817553 4

1.1.2 ‘отоэлектрический метод............................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc339817554† †PAGEREF _Toc339817554 12

1.1.3 ѕондеромоторный метод................................................................................................................. GOTOBUTTON _Toc339817555† †PAGEREF _Toc339817555 16

1.2 »змерение основных параметров импульса лазерного излучени€............................................. GOTOBUTTON _Toc339817556† †PAGEREF _Toc339817556 19

1.2.1 јнализ параметров импульса с помощью осциллографа...................................................... GOTOBUTTON _Toc339817557† †PAGEREF _Toc339817557 20

1.2.2 »зучение формысверхкоротких лазерных импульсов............................................................ GOTOBUTTON _Toc339817558† †PAGEREF _Toc339817558 20

¬¬≈ƒ≈Ќ»≈ ѕ олучение достоверных результатов измерений как самих параметров лазеров, так и выходных характеристик лазерных приборов и систем имеет свою специфику, поскольку лазерное излучение характеризуетс€ некоторыми особенно

 

 

 

¬нимание! ѕредставленный –еферат находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалс€, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальный –еферат по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

»стори€ создани€ и технологи€ производства кирпича
–асчет винтового гибочного пресса
Ћекции по ‘изической оптике чл.-кор  урбатова Ћ.ѕ.
Ћазерна€ медицинска€ установка "»мпульс-1"
ћетрологи€
¬ли€ние среды распространени€ на точностные характеристики оптических измерительных систем
¬олоконно-оптические гироскопы
—одержание федеральной дороги Ѕийск-Ќовосибирск-“ашанта
 опчение
–азработка и изготовление декоративной резной вазы с подставкой (1) (4))

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru