êóðñîâûå,êîíòðîëüíûå,äèïëîìû,ðåôåðàòû
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Ï |
îëó÷åíèå äîñòîâåðíûõ ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé êàê ñàìèõ
ïàðàìåòðîâ ëàçåðîâ, òàê è âûõîäíûõ õàðàêòåðèñòèê ëàçåðíûõ ïðèáîðîâ è ñèñòåì
èìååò ñâîþ ñïåöèôèêó, ïîñêîëüêó ëàçåðíîå èçëó÷åíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ íåêîòîðûìè
îñîáåííîñòÿìè: øèðîêèì ñïåêòðàëüíûì (
Òàáëèöà SEQ Òàáëèöà * ARABIC 1
Ïàðàìåòð, õàðàêòåðèñòèêà |
Åäèíèöà èçìåðåíèÿ |
Îïðåäåëåíèå |
Îáîçíà÷å-íèå |
|
Ýíåðãåòè÷åñêèå ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè |
||||
Ýíåðãèÿ |
Äæ |
Ýíåðãèÿ, ïåðåíîñèìàÿ ëàçåðíûì èçëó÷åíèåì |
W |
|
Ìîùíîñòü |
Âò |
Ýíåðãèÿ, ïåðåíîñèìàÿ ëàçåðíûì èçëó÷åíèåì â åäèíèöó âðåìåíè |
P |
|
Èíòåíñèâíîñòü |
Âåëè÷èíà, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ êâàäðàòó àìïëèòóäû ýëåêòðîìàãíèòíîãî êîëåáàíèÿ |
J |
||
Ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü ýíåðãèè (ìîùíîñòü) |
Äæ×Ãö-1 Âò×Ãö-1 |
Wl, Wn (Pl,Pn) |
||
Ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü èìïóëüñà |
Âò |
Pu,ñð |
||
Ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü èìïóëüñà |
Âò |
Pu, max |
||
Ñïåêòðàëüíûå ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè |
||||
Äëèíà âîëíû |
l |
|||
×àñòîòà |
n |
|||
Øèðèíà ñïåêòðàëüíîé ëèíèè |
dn dl |
|||
Ñòåïåíü õðîìàòè÷íîñòè |
dn/n dl/l |
|||
Ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè |
||||
Äèàãðàììà íàïðàâëåííîñòè |
Óãëîâîå ðàñïðåäåëåíèå ýíåðãèè èëè ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ |
|||
Äèàìåòð ïó÷êà |
ì |
Äèàìåòð ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïó÷êà ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, âíóòðè êîòîðîãî ïðîõîäèò çàäàííàÿ äîëÿ ýíåðãèè èëè ìîùíîñòè ëàçåðà |
d |
|
Ðàñõîäèìîñòü |
ðàä, ñð |
Ïëîñêèé èëè òåëåñíûé óãîë, õàðàêòåðèçóþùèé øèðèíó äèàãðàììû íàïðàâëåííîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ â äàëüíåé çîíå ïî çàäàííîìó óðîâíþ óãëîâîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ýíåðãèè èëè ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, îïðåäåëÿåìîìó ïî îòíîøåíèþ ê åãî ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ |
QP |
|
Ýíåðãåòè÷åñêàÿ ðàñõîäèìîñòü |
ðàä, ñð |
Ïëîñêèé èëè òåëåñíûé óãîë, âíóòðè êîòîðîãî ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ çàäàííàÿ äîëÿ ýíåðãèè èëè ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ |
qS |
|
Îòíîñèòåëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè ýíåðãèè (ìîùíîñòè) |
Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè ýíåðãèè (ìîùíîñòè) èçëó÷åíèÿ ïî ñå÷åíèþ ëàçåðíîãî ïó÷êà, íîðìèðîâàííîå îòíîñèòåëüíî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè ýíåðãèè (ìîùíîñòè) |
qW,P,qW,S |
||
×àñòîòà ïîâòîðåíèÿ èìïóëüñîâ |
Ãö |
Îòíîøåíè ÷èñëëà èìïóëüñîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ êî âðåìåíè |
F |
|
Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ |
ñ |
tu |
||
Ïàðàìåòðû êîãåðåíòíîñòè |
||||
Ñòåïåíü ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé êîãåðåíòíîñòè |
Ìîäóëü êîìïëåêñíîé ñòåïåíè ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé êîãåðåíòíîñòè ïðè ôèêñèðîâàííûõ êîîðäèíàòàõ òî÷êè â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè, ðàâíûé: £½g12(t)½£1, G12(t) — ôóíêöèÿ âçàèìíîé êîãåðåíòíîñòè,G11(O),G22(O) — ôóíêöèè âçàèìíîé êîãåðåíòíîñòè äëÿ òî÷åê ïðîñòðàíñòâà ñ ðàäèóñ-âåêòîðàìè r1,r2 ñîîòâåòñòâåííî ïðè t=0 |
½g12(t)½ |
||
Ñòåïåíü ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíñòè |
Ìîäóëü êîìïëåêñíîé ñòåïåíè âðåìåííîé êîãåðåíòíîñòè äëÿ ôèêñèðîâàííîé òî÷êè ïðîñòðàíñòâà, ðàâíûé G12(O) — ôóíêöèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè |
½g12(Î)½ |
||
Ñòåïåíü âðåìåííîé êîãåðåíòíîñòè |
Ìîäóëü êîìïëåêñíîé ñòåïåíè âðåìåííîé êîãåðåíòíîñòè äëÿ ôèêñèðîâàííîé òî÷êè ïðîñòðàíñòâà, ðàâíûé 11(t) — ôóíêöèÿ âçàèìíîé êîãåðåíòíîñòè äëÿ òî÷êè ïðîñòðàíñòâà ñ ðàäèóñîì-âåêòîðì r1 |
½g11(t)½ |
||
Âðåìÿ êîãåðåíòíîñòè |
ñ |
Ìèíèìàëüíîå çàïàçäûâàíèå, äëÿ êîòîðîãî ñòåïåíü âðåìåííîé êîãåðåíòíîñòè ïðèíèìàåò çíà÷åíèå ðàâíîå íóëþ |
||
Äëèíà êîãåðåíòíîñòè |
ì |
Ïðîèçâåäåíèå âðåìåíè êîãåðåíòíîñòè íà ñêîðîñòü ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ â âàêóóìå |
DÊ |
|
Ïàðàìåòðû ïîëÿðèçàöèè |
||||
Ïëîñêîñòü ïîëÿðèçàöèè |
Ïëîñêîñòü, ïðîõîäÿùàÿ ÷åðåç íàïðàâëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ëèíåéíî-ïîëÿðèçîâàííîãî ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ è íàïðàâëåíèå åãî ýëåêòðè÷åñêîãî âåêòîðà |
|||
Ýëëèïòè÷íîñòü ïîëÿðèçîâàííîãî ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ |
Îòíîøåíèå ìàëîé ïîëóîñè ýëëèïñà, ïî êîòîðîìó ïîëÿðèçîâàíî ëàçåðíîå èçëó÷åíèå ê åãî áîëüøîé ïîëóîñè |
|||
Ñòåïåíü ïîëÿðèçàöèè |
Îòíîøåíèå èíòåíñèâíîñòè ïîëÿðèçîâàííîé ñîñòàâëÿþùåé ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ê ïîëíîé åãî èíòåíñèâíîñòè |
|||
Äëÿ èçìåðåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ñàìûå ðàçíîîáðàçíûå ìåòîäû, îñíîâàííûå íà ðàçëè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ è õèìè÷åñêèõ ýôôåêòàõ âçàèìîäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ñ âåùåñòâîì, ïîñëåäíåå ìîæåò íàõîäèòüñÿ â ëþáîì àãðåãàòíîì ñîñòîÿíèè. Îäíàêî íàèáîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè ìåòîäû, îñíîâàííûå íà ïðåîáðàçîâàíèè ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ â òåïëîâóþ ýíåðãèþ (òåïëîâîé ìåòîä) è â ýíåðãèþ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà (ôîòîýëåêòðè÷åñêèé è ïèðîýëåêòðè÷åñêèé ìåòîäû). Ðåæå ïðèìåíÿåòñÿ ïîíäåðåìîòîðíûé ìåòîä, îñíîâàííûé íà ïðåîáðàçîâàíèè ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ â ìåõàíè÷åñêóþ ýíåðãèþ.
Ñóùåñòâóþùèå ñðåäñòâà èçìåðåíèÿ (ÑÈ) ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ñîäåðæàò ïðèåìíûé (ïåðâè÷íûé) èçìåðèòåëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü (ÏÈÏ), èçìåðèòåëüíîå óñòðîéñòâî, à òàêæå îòñ÷åòíîå, èëè ðåãèñòðèðóþùåå óñòðîéñòâî.  ÏÈÏ ýíåðãèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ïðåîáðàçóåòñÿ â òåïëîâóþ èëè â ìåõàíè÷åñêóþ ýíåðãèþ èëè â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë, äîñòóïíûå äëÿ äàëüíåéøåãî ïðåîáðàçîâàíèÿ è èçìåðåíèÿ.
Ðàçëè÷àþò ÏÈÏ ïîãëîùàþùåãî è ïðîõîäíîãî òèïà.  ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ïîãëîùàþùåãî òèïà ïîñòóïàþùàÿ íà âõîä ýíåðãèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ïî÷òè ïîëíîñòüþ ïîãëîùàåòñÿ è ðàññåèâàåòñÿ â íåì.  ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ïðîõîäíîãî òèïà ðàññåèâàåòñÿ ëèøü ÷àñòü ïîñòóïèâøåé íà âõîä ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ (êàê ïðàâèëî íåáîëüøàÿ), à áîëüøàÿ ÷èñòü èçó÷åíèÿ ïðîõîäèò ÷åðåç ïðåîáðàçîâàòåëü è ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ òðåáóåìûõ öåëåé.
Èçìåðèòåëüíîå óñòðîéñòâî âêëþ÷àåò ïðåîáðàçîâàòåëüíûå ýëåìåíòû è èçìåðèòåëüíóþ öåëü. Èõ íàçíà÷åíèå — ïðåîáðàçîâàíèå âûõîäíîãî ñèãíàëà ÏÈÏ â ñèãíàë, ïîäàâàåìûé íà îòñ÷åòíîå èëè ðåãèñòðèðóþùåå óñòðîéñòâî. Îòñ÷åòíîå èëè ðåãèñòðèðóþùåå óñòðîéñòâî ñëóæèò äëÿ ñ÷èòûâàíèÿ èëè ðåãèñòðàöèè çíà÷åíèÿ èçìåðÿåìîé âåëè÷èíû â àíàëîãîâîé èëè öèôðîâîé ôîðìå.
Îáû÷íî ÏÈÏ êîíñòðóêòèâíî âûïîëíÿåòñÿ â âèäå îòäåëüíîãî áëîêà, íàçûâàåìîãî èçìåðèòåëüíîé ãîëîâêîé, à èçìåðèòåëüíîå è îòñ÷åòíîå óñòðîéñòâà — â âèäå èçìåðèòåëüíîãî áëîêà.  èçìåðèòåëüíûé áëîê ìîãóò áûòü âêëþ÷åíû äîïîëíèòåëüíûå óñòðîéñòâà, íàïðèìåð öåïè êîððåêöèè äðåéôà íóëÿ, òåìïåðàòóðíîé è ýëåêòðè÷åñêîé ñòàáèëèçàöèè è äð.
Ñóùíîñòü
ýòîãî ìåòîäà ñîñòîèò â òîì, ÷òî ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿ ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñ
âåùåñòâîì ïðèåìíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïðåâðàùàåòñÿ â òåïëîâóþ ýíåðãèþ, êîòîðàÿ
âïîñëåäñòâèè èçìåðÿåòñÿ òåì èëè èíûì ñïîñîáîì. Äëÿ èçìåðåíèÿ òåïëîâîé ýíåðãèè,
âûäåëèâøåéñÿ â ÏÈÏ, îáû÷íî èñïîëüçóþò:
—òåðìîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò Çååáåêà (âîçíèêíîâåíèå ÒÝÄÑ ìåæäó íàãðåòûì è õîëîäíûì
ñïàÿìè äâóõ ðàçíîðîäíûõ ìåòàëëîâ èëè ïîëóïðîâîäíèêîâ);
—ÿâëåíèå èçìåíåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ìåòàëëîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâ ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû
(áîëîìåòðè÷åñêèé ýôôåêò); ôàçîâûå ïåðåõîäû "òâåðäîå òåëî-æèäêîñòü"
(ëåä-âîäà);
—ýôôåêò ëèíåéíîãî èëè îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ âåùåñòâ ïðè íàãðåâàíèè è äð.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî âñå òåïëîâûå ÏÈÏ â ïðèíöèïå ÿâëÿþòñÿ êàëîðèìåòðàìè. Îäíàêî â ëèòåðàòóðå ñôîðìèðîâàëèñü óñòîé÷èâûå íàçâàíèÿ ÏÈÏ, àññîöèèðóåìûå îáû÷íî ñ íåêîòîðîé ñîâîêóïíîñòüþ õàðàêòåðíûõ ïðèçíàêîâ, ñâîéñòâåííûõ ïðèåìíûì ïðåîáðàçîâàòåëÿì îïðåäåëåííûõ òèïîâ (òåðìîýëåìåíòû, áîëîìåòðû, ïèðîïðèåìíèêè è ïð. ) .
Íàèáîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå äëÿ èçìåðåíèÿ òàêèõ óñðåäíÿåìûõ âî âðåìåíè ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, êàê ýíåðãèÿ è ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü, ïîëó÷èëè êàëîðèìåòðû. Îíè èìåþò äîñòàòî÷íî êîíñòðóêòèâíî ðàçâèòûé ïðèåìíûé ýëåìåíò, íå îáúåäèíåííûé ñ ÷óâñòâèòåëüíûì ýëåìåíòîì. Ê äîñòîèíñòâàì êàëîðèìåòðîâ îòíîñÿòñÿ øèðîêèé ñïåêòðàëüíûé è äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ðàáîòû, âûñîêàÿ ëèíåéíîñòü, òî÷íîñòü è ñòàáèëüíîñòü õàðàêòåðèñòèê, ïðîñòîòà êîíñòðóêöèè, âîçìîæíîñòü èõ èñïîëüçîâàíèÿ ñ âûñîêîòî÷íûìè, õîòÿ è èíåðöèîííûìè öèôðîâûìè ïðèáîðàìè, âîçìîæíîñòü êàëèáðîâêè ïðåîáðàçîâàòåëåé ïî ýêâèâàëåíòíîìó ýëåêòðè÷åñêîìó âîçäåéñòâèþ.
Ëþáàÿ êàëîðèìåòðè÷åñêàÿ ñèñòåìà (ðèñ.1.1) ñîäåðæèò âíóòðåííåå êàëîðèìåòðè÷åñêîå òåëî Ê (ïðèåìíûé ýëåìåíò), â êîòîðîì ïðîòåêàåò ïðîöåññ âûäåëåíèÿ (èëè ïîãëîùåíèÿ) òåïëà, è âíåøíþþ îáîëî÷êó Î, ñ êîòîðîé ïðîèñõîäèò òåïëîîáìåí êàëîðèìåòðè÷åñêîãî òåëà ïóòåì òåïëîïðîâîäíîñòè, êîíâåêöèè è èçëó÷åíèÿ.
Ðèñóíîê STYLEREF 1 1. SEQ Ðèñóíîê * ARABIC 1 1 Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà êàëîðèìåòðà |
Òåïëîâîé ïîòîê Ä îò êàëîðèìåòðè÷åñêîãî òåëà íà îáîëî÷êó çàâèñèò ãëàâíûì îáðàçîì îò ðàçíîñòè òåìïåðàòóð èõ ïîâåðõíîñòåé Ô=GT(Tk-To), ãäå GT — ïàðàìåòð, õàðàêòåðèçóþùèé òåïëîâóþ ïðîâîäèìîñòü cðåäû ìåæäó êàëîðèìåòðè÷åñêèì òåëîì è îáîëî÷êîé. ×àñòî òåïëîîáìåí ìåæäó K è O õàðàêòåðèçóþò òàêæå îáðàòíîé âåëè÷èíîé RT=1/GT, èìåþùåé ñìûñë òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñðåäû. Íàèáîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå äëÿ èçìåðåíèÿ òàêèõ óñðåäíåííûõ âî âðåìåíè ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçó÷åíèÿ, êàê ýíåðãèÿ è ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü, ïîëó÷èëè êàëîðèìåòðû ïåðåìåííîé òåìïåðàòóðû (èëè íåèçîòåðìè÷åñêèå êàëîðèìåòðû), ó êîòîðûõ â ïðîöåññå èçìåðåíèÿ ÒK=f(t)¹const. Óðàâíåíèå òåïëîâîãî ðàâíîâåñèÿ êàëîðèìåòðè÷åñêîãî òåëà K ñ îáîëî÷êîé Î â òàêîì êàëîðèìåòðå â ïðåäïîëîæåíèè áåñêîíå÷íîé òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè âåùåñòâà K èìååò âèä:
(1.1)
ãäå P(t) — ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ â
êàëîðèìåòðå; c — òåïëîåìêîñòü K: T=TK-TO
Ó íåïðåðûâíûõ ëàçåðîâ õàðàêòåðíûì ýíåðãåòè÷åñêèì ïàðàìåòðîì, êîòîðûé óêàçûâàåòñÿ â ïàñïîðòå, ÿâëÿåòñÿ ìîùíîñòü ëàçåðà P. Ó ëàçåðîâ, ðàáîòàþùèõ â ðåæèìå ñâîáîäíîé ãåíåðàöèè îäèíî÷íûõ èìïóëüñîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, îáû÷íî íîðìèðóåòñÿ ýíåðãèÿ èìïóëüñà Wu. Ëàçåðû, ðàáîòàþùèå â ðåæèìå ìîäóëÿöèè äîáðîòíîñòè ðåçîíàòîðà è â ðåæèìå ñèíõðîíèçàöèè ìîä, îáû÷íî õàðàêòåðèçóþòñÿ çíà÷åíèåì Wu è äîïîëíèòåëüíî çíà÷åíèåì ìàêñèìàëüíîé PUmax èëè ñðåäíåé PUñð ìîùíîñòè èìïóëüñà. Èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêèå ëàçåðû õàðàêòåðèçóþòñÿ ñðåäíåé ìîùíîñòüþ Pñð ñî âðåìåíåì óñðåäíåíèÿ, çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàþùèì ïåðèîä ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ.
 ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ðàññìîòðèì íåêîòîðûå ÷àñòíûå ðåøåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ (1.1).
1. Ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ à êàëîðèìåòðå, íå èçìåíÿåòñÿ âî âðåìåíè, ò.å. P(t)=PO=const. Òîãäà
(1.2)
ãäå t=RTC ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè êàëîðèìåòðà.
Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå Ò(t) äîñòèãàåòñÿ ïðè t®¥ è ðàâíî Tmax=RT×PO.
2. Ìîùíîñòü â êàëîðèìåòðå âûäåëÿåòñÿ â âèäå ïåðèîäè÷åñêîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ: PO, tu è q — èìïóëüñíàÿ ìîùíîñòü, äëèòåëüíîñòü è ñêâàæíîñòü èìïóëüñîâ ñîîòâåòñòâåííî. Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî â ýòîì ñëó÷àå äëÿ çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùèõñÿ íà ïðàêòèêå ,
(1.3)
3. Â êàëîðèìåòðå ðàññåèâàåòñÿ
ýíåðãèÿ îäèíî÷íîãî ïðÿìîóãîëüíîãî èìïóëüñà. Òåìïåðàòóðà êàëîðèìåòðè÷åñêîãî òåëà
â ýòîì ñëó÷àå èçìåíÿåòñÿ âî âðåìåíè ñëåäóþùèì îáðàçîì:
(1.4) |
ïðè 0£t£tu ïðè tu£t<¥ |
Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå Ò(t) äîñòèãàåòñÿ ïðè t=tu è ðàâíî Tmax=B×RT×Wu (Wu=PO×tuèìïóëüñà; ä -- ïîñòîÿííàÿ êàëîðèìåòðà) . Ïåðå÷èñëåííûå ÷àñòíûå ñëó÷àè îïèñûâàþò òðè îñíîâíûõ ðåæèìà ðàáîòû êàëîðèìåòðè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ïåðåìåííîé òåìïåðàòóðû: ðåæèì èçìåðåíèÿ ìîùíîñòè íåïðåðûâíûõ ëàçåðîâ, ñðåäíåé ìîùíîñòè èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêèé ëàçåðîâ è ðåæèì èçìåðåíèÿ ýíåðãèè îäèíî÷íûõ ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ.
 ðàññìàòðèâàåìûõ êàëîðèìåòðàõ íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè òâåðäîòåëüíûå ïðèåìíûå èçìåðèòåëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè. Òàêèå ÏÈÏ ÷àñòî èçãîòàâëèâàþò â âèäå ïîëîñòåé — ïîëîãî êîíóñà, ñôåðû ñ îòâåðñòèåì, ïîëîãî öèëèíäðà, à òàêæå êîìáèíàöèåé ýòèõ ýëåìåíòîâ. Çà ñ÷åò èñïîëüçîâàòü ýôôåêòà ìíîãîêðàòíûõ ïåðåîòðàæåíèé èçëó÷åíèÿ âíóòðè ïîëîñòè óäàåòñÿ óâåëè÷èòü êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ ïðèåìíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ è òåì ñàìûì ðàñøèðèòü ðàáî÷èé äèàïàçîí äëèí âîëí, à òàêæå óâåëè÷èòü âåðõíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ ìîùíîñòè è ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.
Ðèñóíîê STYLEREF 1 1. SEQ Ðèñóíîê * ARABIC 2 Óïðîùåííàÿ êîíñòðóêöèÿ êàëîðèìåòðè÷åñêîãî ÏÈÏ ïðèáîðà ÈÌÎ-2 |
 êà÷åñòâå ïðèìåðà íà ðèñ.1.2 èçîáðàæåí ÏÈÏ ïðèáîðà ÈÌÎ-2, ñåðèéíî âûïóñêàåìîãî îòå÷åñòâåííîé ïðîìûøëåííîñòüþ äëÿ èçìåðåíèÿ ñðåäíåé ìîùíîñòè è ýíåðãèè èìïóëüñîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Çäåñü ïðèåìíûé ýëåìåíò 1 âûïîëíåí â âèäå ìåäíîãî êîíóñà ñî âñòðîåííûì ýëåêòðè÷åñêèì íàãðåâàòåëåì äëÿ ãðàäóèðîâêè, ïðè÷åì íà åãî ïðèåìíóþ ïîâåðõíîñòü íàíåñåíî ïîãëîùàþùåå ïîêðûòèå,  êà÷åñòâå ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà 2 ïðèìåíåíà ìåäíî-êîíñòàíòàíîâàÿ òåðìîáàòàðåÿ, ñîäåðæàùàÿ áîëåå 2000 òåðìîïàð, ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëåííûõ ìåæäó íàðóæíîé ïîâåðõíîñòüþ ïðèåìíîãî ýëåìåíòà è ïîâåðõíîñòüþ ïàññèâíîé òåïëîåìêîé îáîëî÷êè 3 êàëîðèìåòðà. Òåðìîáàòàðåþ ïîëó÷àþò ïóòåì ìåäíåíèÿ ïîëóâèòêîâ ñïèðàëè ïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ èç êîíñòàíòàíîâîé — ïðîâîëîêè. Òàêèå ýëåìåíòû íå òðåáóþò âêëþ÷åíèÿ â ñîñòàâ ÏÈÏ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, òàê êàê èõ âûõîäíîé âåëè÷èíîé ÿâëÿåòñÿ òåðìî-ÝÄÑ, âîçíèêàþùàÿ ìåæäó õîëîäíûì è íàãðåòûì ñïàÿìè ðàçíîðîäíûõ ìåòàëëîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâ. Áîëüøîå êîëè÷åñòâî òåðìîïàð â ñîñòàâå òåðìîáàòàðåè ïîâûøàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü òàêèõ ÏÈÏ.
Èçìåðèòåëüíàÿ ãîëîâêà ÈÌ0-2 ñîäåðæèò äâå îäèíàêîâûå êàëîðèìåòðè÷åñêèå ñåêöèè ñ ÏÈÏ, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ âíóòðè ïàññèâíîãî òåðìîñòàòà, îáðàçîâàííîãî òîëñòîñòåííûì ìåäíûì êîðïóñîì è êîæóõîì èçìåðèòåëüíîé ãîëîâêè. Äëÿ óìåíüøåíèÿ íåñòàáèëüíîñòè ÏÈÏ òåðìîáàòàðåè âêëþ÷åíû ïîñëåäîâàòåëüíî íàâñòðå÷ó äðóã äðóãó, ÷òî ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü âëèÿíèå òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Èçìåðèòåëüíîé áëîê ñîäåðæèò ñòàáèëüíûé óñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà äëÿ óñèëåíèÿ ñèãíàëà ñ âûõîäà òåðìîïðåîáðàçîâàòåëÿ, ñòàáèëèçèðîâàííûé èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ïðîâåðêè ñîõðàííîñòè ãðàäóèðîâî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ïðèáîðà â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè, öåïè êîììóòàöèè è ðåãóëèðîâêè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ÓÏÒ è àíàëîãîâîå îòñ÷åòíîå óñòðîéñòâî.
Äëÿ ðàñøèðåíèÿ âåðõíåãî ïðåäåëà èçìåðåíèÿ ìîùíîñòè íåïðåðûâíîãî ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ â êîìïëåêòå ïðèáîðà èìååòñÿ îñëàáèòåëü.
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðèáîðà ÈÌÎ-2 è íåêîòîðûõ äðóãèõ òåïëîâûõ ñðåäñòâ èçìåðåíèé ìîùíîñòè è ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, ñåðèéíî âûïóñêàåìûõ ïðîìûøëåííîñòüþ, ïðèâåäåíû â òàáë. 2.
 ïðèáîðå ÈÊÒ èìååòñÿ òàêæå êîíè÷åñêèé ýëåìåíò, êîòîðûé îáëàäàåò áîëåå âûñîêîé ñòîéêîñòüþ ê ëàçåðíîìó èçëó÷åíèþ â âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî íà åãî êîíè÷åñêèé ïðèåìíûé ýëåìåíò äåéñòâóåò ëàçåðíîå èçëó÷åíèå, ïðîøåäøåå ðàññåèâàþùèé ìàòèðîâàííûé ñàïôèðîâûé ýëåìåíò.  ðåçóëüòàòå ýòîãî èçëó÷åíèå ðàñïðåäåëÿåòñÿ ïî âñåé ïðèåìíîé ïîâåðõíîñòè è ïëîòíîñòü åãî ñíèæàåòñÿ.  êà÷åñòâå ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà çäåñü èñïîëüçóåòñÿ òåðìîìåòð ñîïðîòèâëåíèÿ, âûõîäíîé âåëè÷èíîé êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ èçìåíåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ÏÈÏ ïîä äåéñòâèåì èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ïðèåìíîãî ýëåìåíòà, âîçíèêàþùåãî ïðè ïîãëîùåíèè ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ. Ïîýòîìó â ñîñòàâ òàêèõ ÏÈÏ äîëæåí âõîäèòü èñòî÷íèê ïèòàíèÿ. Èçìåðèòåëüíàÿ ãîëîâêà ÈÊÒ, òàê æå êàê è â ÈÌ0-2, ñîäåðæèò äâà îäèíàêîâûõ ÏÈÏ ñ òåðìîìåòðàìè ñîïðîòèâëåíèÿ, âêëþ÷åííûõ â ïëå÷è ìîñòà ïîñòîÿííîãî òîêà.
Ïðèìåðîì ÏÈÏ ïðîõîäíîãî òèïà ìîæåò ñëóæèòü ìàëîèíåðöèîííûé ïðîâîëî÷íûé áîëîìåòðè÷åñêèé èçìåðèòåëü ñðåäíåé ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ (ðèñ.1.3). Òàêîé ÏÈÏ âûïîëíåí â âèäå äâóõ ðåäêèõ ðåøåòîê èç òîíêèõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïðîâîëîê, ïåðåêðûâàþùèõ âñå ñå÷åíèå ïó÷êà èçëó÷åíèÿ è ñîåäèíåííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî. Ïðèíöèï ðàáîòû ïðåîáðàçîâàòåëÿ îñíîâàí íà áîëîìåòðè÷åñêîì ýôôåêòå, âîçíèêàþùåì ïðè ÷àñòè÷íîì ïîãëîùåíèè ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç ðåøåòêè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.
Äëÿ ðåäêîé äâîéíîé ðåøåòêè, åñëè åå ïåðèîä c çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò äèàìåòð d ïðîâîëîêè, ïîëíûå ïîòåðè îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ, âêëþ÷àþùèå ïîòåðè íà îòðàæåíèå, äèôðàêöèþ è ïîãëîùåíèå â ýëåìåíòàõ ðåøåòêè, íå ïðåâûøàþò 4d/c. Íàèáîëåå ïîäõîäÿùèìè ìàòåðèàëàìè äëÿ ïðîâîëîê ÿâëÿþòñÿ ïëàòèíà, çîëîòî è íèêåëü, êîòîðûå îáëàäàþò âûñîêîé ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ è òåõíîëîãè÷åñêîé ïðîñòîòîé èçãîòîâëåíèÿ ðåøåòîê ñ ìàëûì äèàìåòðîì d è áîëüøèì ïåðèîäîì c.
Òàáëèöà SEQ Òàáëèöà * ARABIC 2
¹ ï/ï |
Íàèìåíî-âàíèå |
Òèï ÏÈÏ |
Ðàáî÷èé äèàïàçîí äëèí âîëí, ìêì |
Äèàïàçîí èçìåðåíèÿ ìîùíîñòè ýíåðãèè Âò Äæ |
Âðåìÿ îäíîãî èçìåðåíèÿ äëÿ ìîùíîñòè |
Âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ ïîêàçàíèÿ |
Äèàïàçîí äëèòåëüíîñòåé èçìåðÿåìûõ èìïóëüñîâ, ñ |
Äèàïàçîí èçìåðÿåìûõ äèàìåòðîâ ïó÷êîâ, ìì |
Îñíîâíàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ, % |
Âèä èíäèêàöèè |
||
1 |
ÎÑÈÑÌ — îáðàçöîâîå ñðåäñòâî èçìåðåíèé ñðåäíåé ìîùíîñòè |
Òåðìîýëåêòðè÷åñêèé |
0.4 - 12 |
10-3 - 102 |
2.5 ìèí |
4 ¸ 10 |
dP=1 ¸ 3 |
Öèôðîâîé |
||||
2 |
ÎÈÌ-1-1
— îáðàçöîâûé èçìåðèòåëü ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ( |
Òî æå |
0.3 - 3.5 |
10-3 - 10-1 |
8 ìèí |
3 ¸ 8 |
dP=1 |
Ñòðåëî÷íûé |
||||
3 |
ÈÌÎ-2-2Ì — îáðàçöîâûé èçìðèòåëü ìîùíîñòè è ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ |
Òî æå |
0.4 - 10.6 |
10-2 - 102 |
10-1 - 10 |
3 ìèí |
5 ñ / 2 ìèí |
2×10-4 - 10-3 |
4 ¸ 12 |
dP=1 ¸ 3 dE=3 ¸ 4 |
Öèôðîâîé |
|
4 |
ÈÌÎ-2 — èçìåðèòåëü ñðåäíåé ìîùíîñòè è ýíåðãèè ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ |
Òåðìîýëåêòðè÷åñêèé |
0.33 -10.6 |
5×10-3 - 102 |
3×10-3 - 10 |
2.5 ìèí |
8 c / 2 ìèí |
10-4 - 10-3 |
4 ¸ 12 |
dP=5 ¸ 8 dE=7 ¸ 22 |
Ñòðåëî÷íûé |
|
5 |
ÌÊ 3 - 18À — âàòòìåòð ïîãëîùàåìîé ìîùíîñòè êàëîðèìåòðè÷åñêèé |
Áîëîìåòðè÷åñêèé |
0.4 - 3.5 |
5×10-4 - 10-2 |
10-3 - 0.3 |
10 ñ |
20 ñ / 30 ñ |
10-8 - 10-3 |
£10 |
dP,E=10 ¸ 20 |
Ñòðåëî÷íûé |
|
6 |
ÌÇ - 24 — èçìåðèòåëü ìîùíîñòè êàëîðèìåòðè÷åñêèé |
Òî æå |
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 |
Ñòðåëî÷íûé |
|
7 |
Ï - 1 — ïèðîýëåêòðè÷åñêèé âàòòìåòð |
Ïèðîýëåêòðè÷åñêèé |
0.4 - 10.6 |
10-4 - 102 |
10 c |
2 ¸ 23 |
dP=10 ¸ 20 |
Ñòðåëî÷íûé |
||||
8 |
ÔÏÌ -01 — ôîòîìåòð ïåðåíîñíîé ìàëîãàáàðèòíûé äëÿ èìïóëüñíûõ è íåïðåðûâíûõ ëàçåðîâ |
Ôîòîýëåêòðè÷åñêèé |
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 |
Öèôðîâîé |
||
9 |
ÔÏÌ -02 — òî æå äëÿ èìïóëüñíûõ ëàçåðîâ (ìîäèôèêàöèÿ ÔÏÌ - 01) |
Ôîòîýëåêòðè÷åñêèé |
0.53 - 1.06 |
510-9 - 10-3 |
1 c / 1 c |
10-8 - 10-7 |
2 14 |
dE=20 |
Öèôðîâîé |
|||
10 |
ÎÑÈÝ — îáðàçöîâîå ñðåäñòâî èçìåðåíèÿ ýíåðãèè |
Òåðìîýëåêòðè÷åñêèé |
0.5 - 10.6 |
2×10-2 -10 |
5 c / 4.5 ìèí |
10-8 - 10-3 |
4 ¸ 15 |
dE=4 |
Öèôðîâîé |
|||
11 |
ÈÊÒ - 1Í - èçìåðèòåëü êàëîðèìåòðè÷åñêèé òâåðäîòåëüíûé |
Òî æå |
0.4 - 4.0 |
5×10-2 - 103 |
10 c / 8 ìèí |
10-8 - 10-3 |
4 ¸ 45 |
dE=22 |
Ñòðåëî÷íûé |
|||
Òàê,
íàïðèìåð, èç ïëàòèíîâûõ íèòåé äèàìåòðîì 3…5 ìêì ìîæíî èçãîòîâèòü ðåøåòêè ñ
ïîïåðå÷íûì ðàçìåðîì áîëåå
Ðèñóíîê STYLEREF 1 1. SEQ Ðèñóíîê * ARABIC 3 Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ìàëîèíåðöèîííîãî áîëîìåòðè÷åñêîãî èçìåðèòåëÿ ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ïðîõîäíîãî òèïà |
Åñëè â ÏÈÏ ÷óâñòâèòåëüíûì ýëåìåíòîì ÿâëÿåòñÿ òåðìîìåòð ñîïðîòèâëåíèÿ, êîòîðûé íåïîñðåäñòâåííî âîñïðèíèìàåò îïòè÷åñêîå èçëó÷åíèå è â íåì îòñóòñòâóåò êîíñòðóêòèâíî ðàçâèòûé ïðèåìíûé ýëåìåíò, òî òàêîé ÏÈÏ òðàäèöèîííî íàçûâàþò áîëîìåòðîì, à â êà÷åñòâå òåðìîìåòðà ñîïðîòèâëåíèÿ ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ íå òîëüêî ïðîâîëî÷íûå ïðîâîäíèêè, à è ïëåíî÷íûå. Ïðèåìíî-÷óâñòâèòåëëüíûå ýëåìåíòû ýòèõ ïðèáîðîâ ÷àñòî ïîìåùàþò â âàêóóìèðîâàííóþ îáîëî÷êó È òîãäà èõ íàçûâàþò âàêóóìíûìè. Ãëóáîêîîõëàæäàåìûå áîëîìåòðû, ðàáîòàþùèå ïðè òåìïåðàòóðàõ æèäêîãî àçîòà è ãåëèÿ, èñïîëüçóþò äëÿ èçìåðåíèÿ ñâåðõìàëûõ ïîòîêîâ èçëó÷åíèÿ (ýêâèâàëåíòíóþ ìîùíîñòü øóìà ìîæíî ñíèçèòü äî 10-14 Âò·Ãö-1/2) ëèáî ïðè ñòðåìëåíèè äîñòè÷ü ìàêñèìàëüíîãî áûñòðîäåéñòâèÿ (ñóáíàíîñåêóíäíûé äèàïàçîí) .
Êàëîðèìåòðû, â êîòîðûõ òåïëîâûå ïðîöåññû íå ïðèâîäÿò ê èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû êàëîðèìåòðè÷åñêîãî òåëà (ò.å. ÒK=TO=const), þ íàçûâàþòñÿ èçîòåðìè÷åñêèìè êàëîðèìåòðàìè, èëè êàëîðèìåòðàìè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðû. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òàêèõ êàëîðèìåòðîâ îñíîâàí ëèáî íà èñïîëüçîâàíèè ýôôåêòîâ ôàçîâîãî ïåðåõîäà âåùåñòâà è ñîñòîèò â èçìåðåíèè êîëè÷åñòâà êàëîðèìåòðè÷åñêîãî âåùåñòâà (ëüäà), ïåðåøåäøåãî ïîä äåéñòâèåì ïîãëîùåííîé ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ â äðóãóþ ôàçó (âîäó) ïðè òåìïåðàòóðå ñóùåñòâîâàíèÿ ôàçîâîãî ïåðåõîäà (0°) (êàëîðèìåòðû ñ ôàçîâûì ïåðåõîäîì), ëèáî íà ýôôåêòå êîìïåíñàöèè â ñàìîì êàëîðèìåòðå âûäåëåííîãî èçëó÷åíèåì òåïëà çà ñ÷åò òåïëîâîãî ýôôåêòà ñ ïðîòèâîïîëîæíûì çíàêîì (êîìïåíñàöèîííûå êàëîðèìåòðû è êàëîðèìåòðû ñ ïðåäâàðèòåëüíûì ïîäîãðåâîì). Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íà ïðàêòèêå òàêèå ïðèáîðû èñïîëüçóþòñÿ ðåäêî, çà èñêëþ÷åíèåì êàëîðèìåòðîâ ñ ïðåäâàðèòåëüíûì ïîäîãðåâîì.  ýòèõ ïðèáîðàõ êàëîðèìåòðè÷åñêîå òåëî ïðåäâàðèòåëüíî (äî ïîñòóïëåíèÿ è ÏÈÏ èçìåðÿåìîãî èçëó÷åíèÿ) ïîäîãðåâàåòñÿ äî íåêîòîðîé ñòàöèîíàðíîé òåìïåðàòóðû, ïðåâûøàþùåé òåìïåðàòóðó îêðóæàþùåé ñðåäû. Ïðè ïîäà÷å ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ìîùíîñòü ïîäîãðåâà âðó÷íóþ èëè àâòîìàòè÷åñêè óìåíüøàþò òû, ÷òîáû òåìïåðàòóðà êàëîðèìåòðè÷åñêîãî òåëà îñòàâàëàñü ïðåæíåé. Ïîãëîùåííàÿ ÷ â êàëîðèìåòðå ìîùíîñòü â ýòîì ñëó÷àå ðàâíà èçìåíåíèþ ìîùíîñòè ïîäîãðåâà. Ïî òàêîìó ïðèíöèïó ðàáîòàåò îáðàçöîâûé èçìåðèòåëü ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ÎÈÌ-1-1, ó êîòîðîãî ìîùíîñòü ïîäîãðåâà óìåíüøàåòñÿ âðó÷íóþ.
Ïðèíöèï ðàáîòû ïèðîýëåêòðè÷åñêèõ ÏÈÏ îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè ïèðîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà, íàáëþäàåìîãî ó ðÿäà íåöåíòðîñèììåòðè÷íûõ êðèñòàëëîâ ïðè èõ îáëó÷åíèè è ïðîÿâëÿþùåãîñÿ â âîçíèêíîâåíèè ðàçðÿäîâ íà ãðàíÿõ êðèñòàëëà, ïåðïåíäèêóëÿðíûõ îñîáåííîé ïîëÿðíîé îñè. Åñëè èçãîòîâèòü íåáîëüøîé êîíäåíñàòîð è ìåæäó åãî îáêëàäêàìè ïîìåñòèòü ïèðîýëåêòðèê, òî èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû, îáóñëîâëåííûå ïîãëîùåíèåì èçëó÷åíèè, áóäóò ïðîÿâëÿòüñÿ â âèäå èçìåíåíèÿ çàðÿäà ýòîãî êîíäåíñàòîðà è ìîãóò áûòü çàðåãèñòðèðîâàíû. Âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ïèðîýëåêòðè÷åñêîãî ïðèåìíèêà ÿâëÿåòñÿ ïî÷òè ÷èñòî åìêîñòíûì. Ïîýòîìó ñèãíàë íà åãî âûõîäå ìîæåò ïîÿâèòüñÿ òîëüêî ïðè ïåðåìåííîì âõîäíîì ñèãíàëå, ÷òî âûçûâàåò íåîáõîäèìîñòü ìîäóëÿöèè èçëó÷åíèÿ ïðè èçìåðåíèè ïèðîïðèåìíèêîì èçëó÷åíèÿ.
Âûõîäíîé ñèãíàë ïèðîýëåêòðè÷åñêèõ ÏÈÏ ïðîïîðöèîíàëåí ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ ñðåäíåãî ïðèðîñòà òåìïåðàòóðû d(DT)/dt ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà, à íå âåëè÷èíå DT, íå íà êîòîðóþ ðåàãèðóþò òåïëîâîé ïðèåìíèêè. Ñëåäñòâèåì ýòîãî ÿâëÿåòñÿ âûñîêîå áûñòðîäåéñòâèå ïðèåìíèêîâ (äî 10-8), â òàêæå âûñîêàÿ èõ ÷óâñòâèòåëüíîñòü(10-7…10-8 Äæ), áîëüøîé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ðàáîòû (10-8…10 Äæ) è øèðîêèé ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí (0.4…10.6 ìêì). Êîíñòðóêòèâíî ÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò ïèðîïðèåìíèêà íå îòëè÷àåòñÿ îò êîëîðèìåòðè÷åñêèõ ÏÈÏ(ñì. ðèñ. 1.2), çà èñêëþ÷åíèåì ñàìîãî ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà 2, âûïîëíåííîãî èç ïèðîýëåêòðèêà. Ñðåäè ïðîìûøëåííûõ ðàçðàáîòîê èçìåðåíèÿ ìàëûõ (äî 10-9 Âò/ñì2) è ñâåðõìàëûõ (äî 10-12 Âò/ñì2) ïîòîêîâ èçëó÷åíèÿ íàèáîëüøåå ïðèìåíåíèå íàøëè ïèðîýëåêòðè÷åñêèå ïðååìíèêè íà îñíîâå òèòàíàòà áàðèÿ, òðèãëèíñóëüôàòà è íà îñíîâå êåðàìèêè öèðêîíàò-òèòàíàò áàðèÿ. ×óâñòâèòåëüíûå ýëåìåíòû òàêèõ ÏÈÏ ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïëîñêîïàðàëëåëüíóþ ïëàñòèíó òîëùèíîé 20…100 ìêì ñ íàíåñåííûìè íà îáå ñòîðîíû ýëåêòðîäàìè. Íà îáëó÷àåìóþ ñòîðîíó ïëàñòèíû íàíîñÿò ïîãëîùàþùåå ïîêðûòèå ëèáî åãî ðîëü âûïîëíÿåò ïîëóïðîçðà÷íûé ýëåêòðîä. Ñ ïîìîùüþ ñðàâíèòåëüíî íåñëîæíîé òåõíîëîãèè ÷óâñòâèòåëüíûå ýëåìåíòû ìîæíî èçãîòàâëèâàòü äîñòàòî÷íî ñëîæíîé ôîðìû ñ ðàçìåðàìè ïðèåìíîé ïëîùàäêè îò 10-4 äî 106.
Îáëàäàÿ ðÿäîì ïðåèìóùåñòâ ïåðåä òåïëîâûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè, ïèðîçëåêòðè÷åñêèå ÏÈÏ íàõîäÿò âñå áîëåå øèðîêîå ïðèìåíåíèå äëÿ èçìåðåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ è ïðîñòðàíñòâåííî-ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.
Ôîòîýëåêòðè÷åñêèé ìåòîä èçìåðåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ îñíîâàí íà ïåðåõîäå íîñèòåëåé çàðÿäà ïîä äåéñòâèåì ôîòîíîâ èçìåðÿåìîãî èçëó÷åíèÿ íà áîëåå âûñîêèå ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè.  êà÷åñòâå ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ÏÈÏ èñïîëüçóþò ôîòîïðèåìíèêè (ÔÏ), êîòîðûå äåëÿòñÿ íà äâå ãðóïïû: ñ âíåøíèì è âíóòðåííèì ôîòîýôôåêòîì. Âíåøíèé çàêëþ÷àåòñÿ â èñïóñêàíèè ýëåêòðîíîâ ïîä äåéñòâèåì ôîòîíîâ â âàêóóì, âíóòðåííèé — â ïåðåõîäå ýëåêòðîíîâ èç ñâÿçàííîãî ñîñòîÿíèÿ ïîä äåéñòâèåì ôîòîíîâ â ñâîáîäíîå, ò.å. â âîçáóæäåííîå ñîñòîÿíèå âíóòðè ìàòåðèàëà.  îáîèõ ñëó÷àÿõ ïåðåõîä ïðîèñõîäèò ïðè ïîãëîùåíèè âåùåñòâîì îòäåëüíûõ êâàíòîâ èçëó÷åíèÿ, ïîýòîìó ÔÏ ÿâëÿþòñÿ êâàíòîâûìè ïðèáîðàìè. Ýíåðãèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ â íèõ íåïîñðåäñòâåííî ïðåâðàùàåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ, êîòîðóþ çàòåì èçìåðÿþò. Âûõîäíîé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë ÔÏ çàâèñèò íå îò ìîùíîñòè ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ, à îò êîëè÷åñòâà êâàíòîâ èçëó÷åíèÿ è ýíåðãèè êàæäîãî êâàíòà.
Îáùåå âûðàæåíèå ïðåîáðàçîâàíèÿ âõîäíîãî îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà â âûõîäíîé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë, îñóùåñòâëÿåìîãî ôîòîýëåêòðè÷åñêèì ÏÈÏ, ìîæíî çàïèñàòü â ñëåäóþùåì âèäå:
I=IÔÏ+IÒ=Sl×P+IT (1.5)
ãäå I — ïîëíûé òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç
ÔÏ, À; IÔÏ — òîê ÷åðåç ÔÏ, âûçâàííûé ïàäàþùèì ïîòîêîì èçëó÷åíèÿ,
À; IÒ — òåìíîâîé òîê, À;
Sl — ñïåêòðàëüíûé êîýôôèöèåíò
ïðåîáðàçîâàíèÿ, èëè àáñîëþòíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ÔÏ, À/Âò; P — ìîùíîñòü ïàäàþùåãî íà ÔÏ èçëó÷åíèÿ, Âò.
Íèæå êðàòêî ðàññìîòðåíû îñíîâíûå ôîòîýëåêòðè÷åñêèå ïðåîáðàçîâàòåëè, ïðèìåíÿåìûå â ñðåäñòâàõ èçìåðåíèÿ ìîùíîñòè è ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.
Ôîòîïðåîáðàçîâàòåëè ñ âíåøíèì ôîòîýôôåêòîì. Ýíåðãèÿ ôîòîýëåêòðîíîâ, èñïóùåííûõ ñ ïîâåðõíîñòè êàòîäà ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ, îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì:
W=hn-w (1.6)
ãäå n — ÷àñòîòà èçëó÷åíèÿ, Ãö; h
— ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà, (h=6.63×10-34 Äæ×ñ); w — ïîñòîÿííàÿ çàâèñÿùàÿ îò
ïðèðîäû ìàòåðèàëà ôîòîêàòîäà. Èñïóñêàíèå ýëåêòðîíîâ èìååò ìåñòî ëèøü â òîì
ñëó÷àå, êîãäà hn>w= hnÎ, ãäå nÎ — ïîðîãîâàÿ ÷àñòîòà, íèæå êîòîðîé ôîòîýôôåêò
íåâîçìîæåí. Äëèíó âîëíû lÎ=ñ/nÎ íàçûâàþò äëèííîâîëíîâîé (êðàñíîé) ãðàíèöåé
ôîòîýôôåêòà. Îáû÷íî êîðîòêîâîëíîâàÿ ãðàíèöà ôîòîïðåîáðàçîâàòåëÿ îãðàíè÷èâàåòñÿ
ïðîïóñêàíèåì âõîäíîãî îêíà ÏÈÏ.
Ê ôîòîïðèåìíèêàì íà îñíîâå âíåøíåãî ôîòîýôôåêòà îòíîñÿòñÿ âàêóóìíûå ïðèáîðû: ôîòîýëåìåíòû (ÔÝ) è ôîòîýëåêòðîííûå óìíîæèòåëè,
Ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí âàêóóìíûõ ÔÏ çàâèñèò îò ìàòåðèàëà ôîòîêàòîäà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ âûïóñêàåìûå ïðîìûøëåííîñòüþ ÔÝ è ÔÝÓ ïåðåêðûâàþò äèàïàçîí îò ÓÔ (0.16 ìêì) äî áëèæíåãî ÈÊ èçëó÷åíèÿ (1,2 ìêì — äëÿ ñåðåáðÿíî-êèñëîðîäíî-öåçèåâîãî êàòîäà). Àáñîëþòíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ÔÝ îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Sl=QÝÔ×l/1.24
(1.7)
ãäå QÝÔ — ýôôåêòèâíûé êâàíòîâûé âûõîä, l — äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ, ìêì, Sl ìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò
òèïà è êîíñòðóêöèè ïðèáîðà (10-3…10-1 ìÀ/Âò).
Äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí, â êîòîðîì ñîõðàíÿåòñÿ ëèíåéíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ îïòè÷åñêîãî ñèãíàëà â ýëåêòðè÷åñêèé, äëÿ ÔÝ ñðàâíèòåëüíî áîëüøîé. Íèæíèé ïðåäåë îãðàíè÷åí øóìàìè è òåìíîâûì òîêîì ÔÝ, âåðõíèé — âëèÿíèåì ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà è ïðîäîëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì ôîòîêàòîäà,  ðåæèìå íåïðåðûâíîãî îáëó÷åíèÿ íèæíèé
ïðåäåë ìîæåò äîñòèãàòü 10-14 À, âåðõíèé íå ïðåâûøàåò 10-4 À.  èìïóëüñíîì ðåæèìå âåðõíèé ïðåäåë ìîæåò áûòü óâåëè÷åí äî äåñÿòêîâ àìïåð.
Øóìû è òåìíîâûå òîêè ÔÝ ñðàâíèòåëüíî íåâåëèêè, îäíàêî èç-çà íèçêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÔÝ íåöåëåñîîáðàçíî ïðèìåíÿòü èõ äëÿ èçìåðåíèÿ ìàëûõ óðîâíåé îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ.
Ñîâðåìåííûå ñèëüíîòî÷íûå âðåìåííûå ÔÝ ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü âðåìÿ íàðàñòàíèÿ ïåðåõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè (ìåæäó óðîâíÿìè 0.1 è 0.9 îò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ) ïîðÿäêà 10-10 ñ.
ÔÝÓ îáëàäàþò âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ óìíîæèòåëüíîé (äèîäíîé) ñèñòåìû. Åñëè êîýôôèöèåíò âòîðè÷íîé ýìèññèè i-ãî äèîäà si, êîýôôèöèåíò ñáîðà ýëåêòðîíîâ gi , à m — ÷èñëî êàñêàäîâ óñèëåíèÿ, òî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ÔÝÓ:
(1.8)
àáñîëþòíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ÔÝÓ:
Sl= Slk×M
ãäå àáñîëþòíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôîòîêàòîäà ÔÝÓ, îïðåäåëÿåìàÿ àíàëîãè÷íî ïî ôîðìóëå (1.7).
×óâñòâèòåëüíîñòü ÔÝÓ ìîæåò äîñòèãàòü ~105 À/Âò â ìàêñèìóìå ñïåêòðàëüíîé õàðàêòåðèñòèêè.  îáû÷íûõ ÔÝÓ ëèíåéíîñòü ñîõðàíÿåòñÿ äî äåñÿòêîâ ìèëëèàìïåð, ó ñîâðåìåííûõ ñèëüíîòî÷íûõ — äî åäèíèö àìïåð.
Ïðè èçìåðåíèÿõ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ áîëüøîé ìîùíîñòè ìîæíî óâåëè÷èòü äèàïàçîí ëèíåéíîñòè ÔÝÓ äëÿ áîëüøèõ ïîòîêîâ ÷àñòè÷íî èñïîëüçóÿ äèíîäíóþ ñèñòåìó è ñíèìàÿ ñèãíàë ñ ïðîìåæóòî÷íûõ äèíîäîâ. Íèæíèé ïðåäåë äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà îãðàíè÷åí øóìàìè è òåìíîâûìè òîêàìè ÔÝÓ, êîòîðûå îáû÷íî ñîñòàâëÿþò 10-11…10-5 À. Áûñòðîäåéñòâèå ñîâðåìåííûõ ÔÝÓ ëåæèò â ïðåäåëàõ 30...1 íñ (1í=10-9 ñ).
Ê ÔÏ íà îñíîâå âíóòðåííåãî ôîòîýôôåêòà îòíîñÿòñÿ ôîòîðåçèñòîðû, ôîòîäèîäû, ôîòîòðàíçèñòîðû, ÌÄÏ-ôîòîïðèåìíèêè è äðóãèå ïîëóïðîâîäíèêîâûå ÔÏ. Äëÿ èçìåðåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èçëó÷åíèÿ íàèáîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè ôîòîäèîäû (ÔÄ) è ôîòîðåçèñòîðû (ÔÐ).
Äåéñòâèå ÔÐ îñíîâàíî íà ÿâëåíèè ôîòîïðîâîäèìîñòè, çàêëþ÷àþùåìñÿ â âîçíèêíîâåíèè ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà â íåêîòîðûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ è äèýëåêòðèêàõ ïðè ïàäåíèè íà íèõ îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ. Ôîòîïðîâîäèìîñòü ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ýëåêòðè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è ñîîòâåòñòâåííî ê óâåëè÷åíèþ òîêà, ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç ôîòîðåçèñòîð.
Îáùåå âûðàæåíèå äëÿ àáñîëþòíîé ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÔÐ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî â âèäå:
(1.10)
ãäå e — çàðÿä ýëåêòðîíà; V —
îáúåì îñâåùåííîñòè ÷àñòè ïîëóïðîâîäíèêà; Q — êâàíòîâûé âûõîä âíóòðåííåãî ôîòîýôôåêòà; m — ïîäâèæíîñòü
ôîòîíîñèòåëåé; t — âðåìÿ æèçíè
ôîòîíîñèòåëåé; l — ðàññòîÿíèå ìåæäó
êîíòàêòàìè; u — íàïðÿæåíèå, ïðèëîæåííîå
ê ÔÐ.
ÔÐ ðàçëè÷íûõ òèïîâ ïåðåêðûâàþò øèðîêèé ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí(0.4…25 ìêì); áîëüøèíñòâî èç íèõ òðåáóåò îõëàæäåíèÿ äî òåìïåðàòóðû æèäêîãî àçîòà èëè æèäêîãî ãåëèÿ, ÷òî âûçûâàåò äîïîëíèòåëüíûå òðóäíîñòè ïðè èõ èñïîëüçîâàíèè â èçìåðèòåëüíîé àïïàðàòóðå â êà÷åñòâå ÏÈÏ. Êðîìå òîãî, îíè îáëàäàþò áîëüøåé èíåðöèîííîñòüþ è íåâûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ, ÷òî òàêæå îãðàíè÷èâàåò èõ ïðèìåíåíèå äëÿ èçìåðåíèé ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ.
Íàèáîëåå øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå äëÿ ýòèõ öåëåé èìåþò ãåðìàíèåâûå è êðåìíèåâûå ôîòîäèîäû. Âîçíèêàþùèå ïîä äåéñòâèåì èçëó÷åíèÿ íåîñíîâíûå íîñèòåëè äèôôóíäèðóþò ÷åðåç p-n-ïåðåõîä è îñëàáëÿþò ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïîñëåäíåãî, ÷òî ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà â öåïè. Ôîòîòîê â øèðîêèõ ïðåäåëàõ ëèíåéíî çàâèñèò îò èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ è ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ. Äëÿ èçìåðåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ èçëó÷åíèÿ îáû÷íî èñïîëüçóþò ôîòîäèîäíûé ðåæèì (ñ ïèòàíèåì), òàê êàê ïðè ýòîì äèàïàçîí ëèíåéíîñòè è áûñòðîäåéñòâèå ãîðàçäî áîëüøå, ÷åì â ôîòîâîëüòàè÷åñêîì ðåæèìå (áåç ïèòàíèÿ). Âàæíîå çíà÷åíèå äëÿ ðàáîòû âñåõ ÔÏ èìååò ñîãëàñîâàíèå ñ ýëåêòðîííîé ñõåìîé.
Àáñîëþòíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ÔÄ:
Sl=t×g×Q×l(1-r)/1.24 (1.11)
ãäå t — êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ
îêíà ïðèáîðà; g — êîýôôèöèåíò
ñîáèðàíèÿ íîñèòåëåé; Q — êâàíòîâûé âûõîä; l — äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ; r — êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ.
 ðàáî÷åì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå àáñîëþòíàÿ ñïåêòðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ñîñòàâëÿåò äåñÿòûå äîëè À/Âò. Îáëàñòü ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè êðåìíèåâûõ ôîòîäèîäîâ ñîñòàâëÿåò 0.4…1.2 ìêì (ìàêñèìóì îêîëî 0,85 ìêì), ãåðìàíèåâûõ — 0.3…1.8 ìêì (ìàêñèìóì â îáëàñòè 1,5 ìêì). Òàêèå ÏÈÏ íå òðåáóþò îõëàæäåíèÿ. Òåìíîâûå òîêè ó êðåìíèåâûõ ÔÄ ïðèìåðíî íà ïîðÿäîê íèæå, ÷åì ó ãåðìàíèåâûõ è äîñòèãàþò 10-5…10-7 À, à ïðè ñïåöèàëüíîé òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ — 10-9…10-12 À. ÔÄ îáëàäàþò ñðàâíèòåëüíî íèçêèì óðîâíåì øóìîâ, ÷òî â ñî÷åòàíèè ñ âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ äåëàåò, èõ ÔÏ ñ íèçêèì ïîðîãîì ÷óâñòâèòåëüíîñòè. Ýòî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ÔÄ äëÿ èçìåðåíèé âåñüìà ñëàáûõ ïîòîêîâ èçëó÷åíèÿ (äî 10-6 Âò)
Èíåðöèîííîñòü
îáû÷íûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ÔÄ ñîñòàâëÿåò 10-6…10-8 ñ, à âðåìåííîå
ðàçðåøåíèå Ge è Si ëàâèííûõ ÔÄ äîñòèãàåò 1…10 íñ. ÔÄ èçãîòàâëèâàþò ñ ðàçìåðàìè
ôîòî÷óâñòâèòåëüíîé ïëîùàäêè ïðèìåðíî îò äîëåé ìì äî
Äëÿ èçìåðåíèÿ îòíîñèòåëüíî áîëüøèõ óðîâíåé ìîùíîñòè è ýíåðãèè öåëåñîîáðàçíî ïðèìåíÿòü ÏÈÏ ñ íåâûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ, ò.å. ÔÝ. Äëÿ èçìåðåíèÿ ñðåäíèõ óðîâíåé ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ìîæíî ïðèìåíÿòü êàê âàêóóìíûå ïðèáîðû ( ÔÝÓ), òàê è ïîëóïðîâîäíèêîâûå (ÔÐ, ÔÄ) . Äëÿ èçìåðåíèÿ ìàëûõ ïîòîêîâ òðåáóþòñÿ ïðèåìíèêè ñ âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ è íèçêèì óðîâíåì øóìà. Ôîòîäèîäû óñòóïàþò ïî ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÔÝÓ. Îäíàêî ÔÄ îáëàäàþò íèçêèì óðîâíåì øóìà. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü ÔÄ äëÿ èçìåðåíèÿ ìàëûõ ïîòîêîâ íå íåïîñðåäñòâåííî, à ñ ïîìîùüþ óñèëèòåëÿ.  ýòîì ñëó÷àå ÔÄ âïîëíå ìîãóò êîíêóðèðîâàòü ñ ÔÝÓ, à â ðÿäå ñëó÷àåâ è ïðåâîñõîäèòü èõ ïî õàðàêòåðèñòèêàì.
Îñíîâíûå ïðåèìóùåñòâà ÔÄ ïî ñðàâíåíèþ ñ ÔÝÓ: íåáîëüøèå ãàáàðèòû, íèçêîâîëüòíîå ïèòàíèå, âûñîêàÿ íàäåæíîñòü è ìåõàíè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü, áîëåå âûñîêàÿ ñòàáèëüíîñòü ÷óâñòâèòåëüíîñòè, íèçêèé óðîâåíü øóìîâ, ëó÷øàÿ ïîìåõîçàùèùåííîñòü îò ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé.
Íåäîñòàòêè ÔÄ ïî ñðàâíåíèþ ñ ÔÝÓ: ìåíüøåå áûñòðîäåéñòâèå äëÿ áîëüøèíñòâà ÔÄ, áîëåå ñèëüíîå âëèÿíèå òåìïåðàòóðû íà ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè ïðèáîðà.
Äëÿ èçìåðåíèÿ âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ñëåäóåò ïðèìåíÿòü íàèáîëåå áûñòðîäåéñòâóþùèå ôîòîýëåêòðè÷åñêèå ïðèåìíèêè — ÔÝ, äëÿ èçìåðåíèÿ ìàëûõ ïîòîêîâ — ÔÝÓ è ëàâèííûå ÔÄ.
Äëÿ èçìåðåíèÿ ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ â íåïðåðûâíîì ðåæèìå ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû êàê âàêóóìíûå, òàê è ïîëóïðîâîäíèêîâûå ÔÏ, ïîñêîëüêó çäåñü íå òðåáóåòñÿ èõ âûñîêîãî áûñòðîäåéñòâèÿ.
 ïîíäåìîòîðíûõ èçìåðèòåëÿõ ýíåðãèè è ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ýôôåêò Ï. Í. Ëåáåäåâà . Ëàçåðíîå èçëó÷åíèå ïàäàåò íà òîíêóþ ïðèåìíóþ ìåòàëëè÷åñêóþ èëè äèýëåêòðè÷åñêóþ ïëàñòèíó è äàâèò íà íåå. Äàâëåíèå (ñèëà) èçìåðÿåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíûì ïðåîáðàçîâàòåëåì.
Ðèñóíîê STYLEREF 1 SEQ Ðèñóíîê * ARABIC |
Äëÿ èçìåðåíèÿ äàâëåíèÿ èçëó÷åíèÿ èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå ïðåîáðàçîâàòåëè: åìêîñòíûå, ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå, êðóòèëüíûå âåñû íà ìåõàíè÷åñêîì è ìàãíèòíîì ïîäâåñå, ìåõàíîòðîíû. Ïåðâûå äâà òèïà áîëüøîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ íå ïîëó÷èëè èç-çà ìàëîãî çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ, ìàëîé ïîìåõîóñòîé÷èâîñòè è ñëîæíîñòè ñèñòåìû îòñ÷åòà è ðåãèñòðàöèè. Íàèáîëåå øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ êðóòèëüíûå âåñû — êëàññè÷åñêèé ïðèáîð äëÿ èçìåðåíèÿ ìàëûõ ñèë. Ñõåìà óñòðîéñòâà ïðèâåäåíà íà ðèñ.1.. Íà ðàñòÿæêàõ èëè ïîäâåñå 1 óêðåïëåíî êîðîìûñëî 2 ñ ïðèåìíûì êðûëîì 3, ïðîòèâîâåñîì 4 è çåðêàëîì 5, ðàñïîëîæåííûì â âàêóóìèðîâàííîé êàìåðå. Ïðè ïîïàäàíèè îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ íà ïðèåìíîå êðûëî ïîäâèæíàÿ ñèñòåìà îòêëîíÿåòñÿ îò ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ íà íåêîòîðûé óãîë, ïî âåëè÷èíå êîòîðîãî ìîæíî ñóäèòü î çíà÷åíèè îïòè÷åñêîé ìîùíîñòè èëè ýíåðãèè. Êðþ÷îê 6 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ êðåïëåíèÿ ãðóçà ïðè êàëèáðîâêå âåñîâ (îïðåäåëåíèÿ èõ ìîìåíòà èíåðöèè è æåñòêîñòè ïîäâåñà).
Èç ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ êðóòèëüíîãî ìàÿòíèêà ìîæíî ïîëó÷èòü çíà÷åíèå óãëà ïîâîðîòà a ïðèåìíîé ïëàñòèíû 3 ïðè âîçäåéñòâèè íà íåå íåïðåðûâíîãî èçëó÷åíèÿ ìîùíîñòüþ P
(1.12)
ãäå r — êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ
ïëàñòèíû; t — êîýôôèöèåíò ïðîïóñêàíèÿ
âõîäíîãî îêíà êàìåðû; l — ðàññòîÿíèå
îò îñè ïó÷êà èçëó÷åíèÿ äî îñè âðàùåíèÿ; j — óãîë ïàäåíèÿ èçëó÷åíèÿ íà
ïëàñòèíó; c — ñêîðîñòü ñâåòà; K — æåñòêîñòü ïîäâåñà. Àíàëîãè÷íîå
âûðàæåíèå ìîæíî ïîëó÷èòú äëÿ ìàêñèìàëüíîãî óãëà ðàçâîðîòà ïëàñòèíû amax — ïîä äåéñòâèåì èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ ýíåðãèåé Wu:
(1.13)
ãäå J — ìîìåíò èíåðöèè âðàùàþùåéñÿ
ñèñòåìû. Óãëû ïîâîðîòà îòñ÷èòûâàþòñÿ íà øêàëå 8 ïî îòêëîíåíèþ ñâåòîâîãî ïÿòíà
îò ëàìïî÷êè 7 (ðèñ. 1.4). Ïðè èçâåñòíûõ ïàðàìåòðàõ ñèñòåìû ôîðìóëû (1.12) è
(1.13) ïîçâîëÿþò îïðåäåëèòü ýíåðãèþ è ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ â àáñîëþòíûõ åäèíèöàõ.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â êîíñòðóêöèþ ïîíäåðîìîòîðíûõ èçìåðèòåëåé ââåäåíî ìíîãî óñîâåðøåíñòâîâàíèé, êîòîðûå ïîçâîëèëè óëó÷øèòü èõ ýêñïëóàòàöèîííûå è ìåòðîëîãè÷åñêèå ïàðàìåòðû. Ïðåæäå âñåãî îêàçàëîñü âîçìîæíûì îòêàçàòüñÿ îò âàêóóìèðîâàíèÿ è èñïîëüçîâàòü àòìîñôåðíîå äàâëåíèå âîçäóõà â êàìåðå. Ïðèìåíåíèå â êà÷åñòâå ïðèåìíûõ ýëåìåíòîâ ïðîçðà÷íûõ äèýëåêòðè÷åñêèõ ïëàñòèí âìåñòî îòðàæàþùèõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü âåðõíèé ïðåäåë èçìåíåíèÿ ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ (äî 104 Äæ). Òàêèå óñòðîéñòâà ïîçâîëÿþò èçìåðÿòü ìîùíîñòü ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, íà÷èíàÿ ñ åäèíèö ìèëèâàòò, è ýíåðãèþ èìïóëüñîâ â äåñÿòûå äîëè äæîóëÿ.
Äëÿ îòñ÷åòà óãëà ïîâîðîòà êðóòèëüíûõ âåñîâ ÷àñòî èñïîëüçóþò åìêîñòíûé ïðåîáðàçîâàòåëü.  ýòîì ñëó÷àå ïëàñòèíà ïðîòèâîâåñà ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç ïëàñòèí êîíäåíñàòîðà, âêëþ÷àåìîãî â ðåçîíàíñíûé êîíòóð ãåíåðàòîðà. Ïðè ïîâîðîòå ïîäâèæíîé ñèñòåìû åìêîñòü êîíäåíñàòîðà, à çíà÷èò, è ÷àñòîòà ãåíåðàòîðà ìåíÿþòñÿ, èçìåíåíèå ÷àñòîòû èçìåðÿåòñÿ ÷àñòîòíûì äåòåêòîðîì. ×óâñòâèòåëüíîñòü òàêîé ñèñòåìû î÷åíü âûñîêà, íî ñàìà ñèñòåìà ãðîìîçäêà è ñëîæíà â íàñòðîéêå è óïðàâëåíèè.
Äðóãèì ñïîñîáîì ðåàëèçàöèè âûñîêî÷óâñòâèòåëüíîé ñèñòåìû îòñ÷åòà ÿâëÿåòñÿ ñõåìà ñ äâóìÿ ôîòîðåçèñòîðàìè, êîòîðûå âêëþ÷åíû âìåñòå ñ äâóìÿ ïîñòîÿííûìè ðåçèñòîðàìè â ìîñòîâóþ ñõåìó.  ïîëîæåíèè ðàâíîâåñèÿ ìîñò ñáàëàíñèðîâàí. Ïðè îòêëîíåíèè ñèñòåìû îñâåùåííîñòü ôîòîðåçèñòîðîâ ìåíÿåòñÿ, ìîñò ðàçáàëàíñèðóåòñÿ è â åãî èçìåðèòåëüíîé äèàãîíàëè ïîÿâëÿåòñÿ òîê, ïðîïîðöèîíàëüíûé óãëó ïîâîðîòà, êîòîðûé ðåãèñòðèðóåò ìèêðîàìïåðìåòð. Ïîäîáíûå ñèñòåìû èíäèêàöèè èñïîëüçóþòñÿ â ãàëüâàíîìåòðè÷åñêèõ ôîòîóñèëèòåëÿõ Ô117, Ô120, èìåþùèõ ÷óâñòâèòåëüíîñòü îêîëî 0.1 À/ðàä, ÷òî ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü ìèíèìàëüíûé óãîë îòêëîíåíèÿ ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ óãëîâûõ ñåêóíä.
Ðèñóíîê STYLEREF 1 SEQ Ðèñóíîê * ARABIC |
Óâåëè÷åíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè â ïîíäåðîìîòîðíûõ èçìåðèòåëÿõ è óëó÷øåíèå ðàçâÿçêè ïîäâèæíîé ñèñòåìû îò òîë÷êîâ è âèáðàöèé äîñòèãíóòû ïðè ïîìîùè áåñêîíòàêòíîãî ïîäâåñà â ìàãíèòíîì ïîëå (ðèñ. 1.5). Ïîäâèæíàÿ ñèñòåìà 1 ñ ïðèåìíîé ïëàñòèíîé 2, ïðîòèâîâåñîì 3 è ôåððîìàãíèòíûì ÿêîðåì 4 ïîäâåøåíà â ìàãíèòíîì ïîëå ñîëåíîèäà 5 âíóòðè êàìåðû. Òîê ñîëåíîèäà ðåãóëèðóåòñÿ ñïåöèàëüíîé àâòîìàòè÷åñêîé ñèñòåìîé, ñîñòîÿùåé èç äàò÷èêà 6, ëèíåéíîãî 7 è äèôôåðåíöèàëüíîãî óñòðîéñòâà 9. Ïðè èçìåíåíèè âåðòèêàëüíîãî ïîëîæåíèÿ ñèñòåìû â îòâåò íà ñèãíàë äàò÷èêà âûðàáàòûâàåòñÿ ñèãíàë îáðàòíîé ñâÿçè, óñèëèâàþùèé èëè îñëàáëÿþùèé òîê ÷åðåç ñîëåíîèä è ñòàáèëèçèðóþùèé ïîëîæåíèå ñèñòåìû. Ïîïåðå÷íàÿ óñòîé÷èâîñòü îáåñïå÷èâàåòñÿ ðàäèàëüíûì ãðàäèåíòîì íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ ñîëåíîèäà.
Ïîìèìî êðóòèëüíûõ âåñîâ äëÿ èçìåðåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ ìåõàíîòðîíû, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ýëåêòðîâàêóóìíûé ïðèáîð ñ ìåõàíè÷åñêè óïðàâëÿåìûìè ýëåêòðîäàìè. Ïðè âîçäåéñòâèè âíåøíåãî ìåõàíè÷åñêîãî ñèãíàëà â ìåõàíîòðîíå ïðîèñõîäèò ïåðåìåùåíèå îäíîãî èëè íåñêîëüêèõ ïîäâèæíûõ ýëåêòðîäîâ, ÷òî âûçûâàåò ñîîòâåòñòâóþùåå èçìåíåíèå àíîäíîãî òîêà.
Ðèñóíîê STYLEREF 1 SEQ Ðèñóíîê * ARABIC |
Îòå÷åñòâåííàÿ ïðîìûøëåííîñòü âûïóñêàåò ðÿä ìåõàíîòðîííûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, îôîðìëåííûõ â âèäå îáû÷íûõ ýëåêòðîííûõ ëàìï ñ îêòàëüíûì öîêîëåì (6MXIÁ, 6MXÇÑ è äð.) è â ìèíèàòþðíîì îôîðìëåíèè ñ ãèáêèìè âûâîäàìè (6MXIÁ è ò.ï.). Êîíñòðóêöèÿ ýòèõ ìåõàíîòðîíîâ ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.6. Ñàì ìåõàíîòðîí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äèîä ñ ïëîñêîïàðàëëåëüíûìè ýëåêòðîäàìè.  ñòåêëÿííîì áàëëîíå 1 íàõîäÿòñÿ íåïîäâèæíûé êàòîä 2 ñ ïîäîãðåâàòåëåì 3 è ïîäâèæíûé àíîä 4, æåñòêî ñîåäèíåííûé ñî ñòåðæíåì 5, êîòîðûé âïàÿí â ãèáêóþ ìåìáðàíó 6. Âõîäíîé ìåõàíè÷åñêèé ñèãíàë (ñèëà F) ïîäàåòñÿ íà âíåøíèé êîíåö ñòåðæíÿ. Ïðè ýòîì ïîäâèæíûé àíîä ïåðåìåùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîãî êàòîäà, ÷òî ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ àíîäíîãî òîêà è âûõîäíîãî ñèãíàëà ïðåîáðàçîâàòåëÿ, êîòîðûé äëÿ èçìåðåíèÿ âêëþ÷àþò â ìîñòîâûå ñõåìû.
×óâñòâèòåëüíîñòü ìåõàíîòðîíîâ íå ïðåâûøàåò 10 ìÀ/ã (èëè ïî ìîùíîñòè 10-9 À/Âò). Òàêîå çíà÷åíèå ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðè âåëè÷èíå ôëóêòóàöèé òîêà 0.1 ìêÀ, âûçûâàåìûõ òåìïåðàòóðíûì äðåéôîì, òîë÷êàìè è âèáðàöèÿìè, äàåò âîçìîæíîñòü óâåðåííî èçìåðÿòü äàâëåíèå íåïðåðûâíîãî èçëó÷åíèÿ áîëåå 1êÂò. Åñëè èçëó÷åíèå ïðîìîäóëè ðîâàòü òàê, ÷òîáû ïîäâèæíàÿ ñèñòåìà ìåõàíîòðîíà âîøëà â ðåçîíàíñ, íèæíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ ìîæåò äîñòè÷ü 100 Âò. Ïîýòîìó ìåõàíîòðîííûé ïðåîáðàçîâàòåëü îáû÷íî ïðèìåíÿþò äëÿ èçìåðåíèÿ áîëüøèõ óðîâíåé ìîùíîñòè è ýíåðãèè èìïóëüñîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, íàïðèìåð íåïðåðûâíîãî èçëó÷åíèÿ ìîùíûõ ÑÎ2-ëàçåðîâ è èìïóëüñíîãî íà ñòåêëå ñ íåîäèìîì.
Îïûò, íàêîïëåííûé ïðè ðàçðàáîòêå è ýêñïëóàòàöèè ðàçëè÷íûõ òèïîâ èçìåðèòåëåé ýíåðãèè è ìîùíîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, ïîçâîëÿåò ñäåëàòü çàêëþ÷åíèå îá îáëàñòÿõ ïðèìåíåíèÿ, äîñòîèíñòâàõ è íåäîñòàòêàõ ðàçëè÷íûõ ìåòîäîâ.
Ê äîñòîèíñòâàì òåïëîâîãî ìåòîäà èçìåðåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ îòíîñÿòñÿ øèðîêèå ñïåêòðàëüíûé è äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîíû èçìåðåíèÿ, ïðîñòîòà è íàäåæíîñòü èçìåðèòåëüíûõ ñðåäñòâ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ â íåêîòîðûõ êàëîðèìåòðè÷åñêèõ èçìåðèòåëÿõ äîñòèãíóòà íàèáîëåå âûñîêàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ, à ïðè èñïîëüçîâàíèè ïèðîýëåêòðè÷åñêèõ ïðèåìíèêîâ èçëó÷åíèÿ è áûñòðîäåéñòâóþùèõ òåðìîýëåìåíòîâ è áîëîìåòðîâ óäàëîñü ïîëó÷èòü áûñòðîäåéñòâèå äî åäèíèö íàíîñåêóíä.
Ê íåäîñòàòêàì òåïëîâîãî ìåòîäà ìîæíî îòíåñòè ìàëîå áûñòðîäåéñòâèå è ÷óâñòâèòåëüíîñòü êàê ðàç òåõ òåïëîâûõ ïðèáîðîâ, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò íàèáîëåå âûñîêóþ òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ.
 ïðèáîðàõ, îñíîâàííûõ íà ôîòîýëåêòðè÷åñêîì äåéñòâèè èçëó÷åíèÿ, äîñòèãàþòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü è áûñòðîäåéñòâèå; ýòî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü èõ â êà÷åñòâå èçìåðèòåëåé ôîðìû èìïóëüñîâ è èìïóëüñíîé ìîùíîñòè âïëîòü äî ñóáíàíîñåêóíäíîãî äèàïàçîíà. Íåäîñòàòêàìè òàêèõ ïðèáîðîâ ÿâëÿåòñÿ ñðàâíèòåëüíî óçêèé ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí è îáû÷íî íåâûñîêèé âåðõíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ ìîùíîñòè (ýíåðãèè), à òàêæå áîëüøàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé (5…30%) ïî ñðàâíåíèþ ñ òåïëîâûìè ïðèáîðàìè.
Ïðåèìóùåñòâî ïîíäåðîìîòîðíîãî ìåòîäà — âûñîêèé âåðõíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ ýíåðãèè è ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêîé òî÷íîñòè àáñîëþòíûõ èçìåðåíèé. Îñíîâíîé íåäîñòàòîê — æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ê óñëîâèÿì ýêñïëóàòàöèè (îñîáåííî ê âèáðàöèè) è, âñëåäñòâèå ýòîãî, îãðàíè÷åíèÿ ê ïðèìåíåíèþ â ïîëåâûõ óñëîâèÿõ.
Êàê èçâåñòíî ðÿä àêòèâíûõ ñðåä â ñèëó ïðèíöèïèàëüíûõ èëè òåõíè÷åñêèõ îãðàíè÷åíèé îáû÷íî ðàáîòàþò â èìïóëüñíîì ðåæèìå ãåíåðàöèè, Ñþäà â ïåðâóþ î÷åðåäü îòíîñÿòñÿ ëàçåðû íà ñàìîîãðàíè÷åííûõ ïåðåõîäàõ — àçîòíûé ëàçåð, ãåíåðèðóþùèé â ÓÔ äèàïàçîíå (l=337,1 íì), è ëàçåð íà ïàðàõ ìåäè, äàþùèé ìîùíûå èìïóëüñû çåëåíîãî èçëó÷åíèÿ (l=510,5 íì), Åùå áîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû ðóáèíîâûå ëàçåðû è ëàçåðû íà íåîäèìîâîì ñòåêëå, èìïóëüñíûé õàðàêòåð ãåíåðàöèè êîòîðûõ îáóñëîâëåí ïðåæäå âñåãî îñîáåííîñòÿìè ñèñòåìû íàêà÷êè è îõëàæäåíèÿ àêòèâíîé ñðåäû. È íàêîíåö, â íåêîòîðûõ íàèáîëåå îòâåòñòâåííûõ ñëó÷àÿõ äëÿ ïîâûøåíèÿ ïèêîâîé ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ íåêîòîðûå ëàçåðû ïåðåâîäÿòñÿ â ðåæèì óïðàâëÿåìîé ãåíåðàöèè; ïðè ýòîì íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ ìåòîäû óïðàâëåíèÿ äîáðîòíîñòüþ ðåçîíàòîðà äëÿ ïîëó÷åíèÿ òàê íàçûâàåìîãî ãèãàíòñêîãî èìïóëüñà è ñèíõðîíèçàöèè ïðîäîëüíûõ ìîä ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ ïèêîñåêóíäíûõ (ïðàâèëüíåå — ñâåðõêîðîòêèõ) èìïóëüñîâ.
 ðåçóëüòàòå âîçíèêàåò çàäà÷à èçìåðåíèÿ îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ ãåíåðèðóåìîãî ëàçåðîì èìïóëüñà èçëó÷åíèÿ. Î÷åâèäíî, ÷òî íàèáîëåå ïðîñòûì áûëî áû ïîñòðîåíèå èçìåðåíèé ïî ñõåìå ïîëó÷åíèÿ àáñîëþòíîé çàâèñèìîñòè ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ îò âðåìåíè P(t) ñ ïîñëåäóþùèì èçâëå÷åíèåì èç íåå âñåõ èíòåðåñóþùèõ âåëè÷èí — îáû÷íî ýòî ïèêîâàÿ ìîùíîñòü Pu,max=P(t*), ýíåðãèÿ èìïóëüñà
è åãî äëèòåëüíîñòü Dt. Îäíàêî òî÷íîñòü òàêèõ èçìåðåíèé îáû÷íî íåâåëèêà. Ïîýòîìó, êàê ïðàâèëî, ðàçäåëÿþò èçìåðåíèå âðåìåííûõ (Ðmax è tu) è ýíåðãåòè÷åñêèõ (W) ïàðàìåòðîâ, ÷òî êðîìå ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè ïîëó÷àåìûõ ðåçóëüòàòîâ ïîçâîëÿåò óïðîñòèòü ñàìè èçìåðåíèÿ. Ïðè ýòîì èçìåðåíèå ýíåðãèè èìïóëüñà ïðîâîäèòñÿ îáû÷íî ñ ïîìîùüþ êàëîðèìåòðè÷åñêîãî èçìåðèòåëÿ (ñì.1.1), îáåñïå÷èâàþùåãî íàèáîëüøóþ òî÷íîñòü, èëè ôîòîäèîäà ñ ïîñëåäóþùèì èíòåãðèðîâàíèåì ôîòîòîêà, à èçìåðåíèå çàâèñèìîñòè Ð(t) — ñ ïîìîùüþ ôîòîýëåêòðîííîãî ïðèåìíèêà ñ âûñîêèì âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì. Èìåííî ïî òàêîé ñõåìå ïîñòðîåíû ñåðèéíûå ïðèáîðû ìàðîê ÔÍ è ÔÓ, ðàññ÷èòàííûå íà ðàáîòó â äèàïàçîíå 0.4…1.1 ìêì ïðè ýíåðãèè â èìïóëüñå 10-3…10 Äæ è ïèêîâîé ìîùíîñòè 104 …108 Âò; ïðè äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà tu =2.5…5×10-9 ñ è ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ F < 1 êÃö ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ýíåðãèè dE»20%, à ìîùíîñòü îêîëî 25%.
Äëÿ èçìåðåíèÿ ôîðìû èìïóëüñà è åãî âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ (â ÷àñòíîñòè, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà tu, âðåìåí íàðàñòàíèÿ è ñïàäà è ò.ï.) èñïîëüçóþò áûñòðîäåéñòâóþùèå ôîòîïðèåìíèêè ñ âûñîêîé ëèíåéíîñòüþ ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè. Ê íèì, â ïåðâóþ î÷åðåäü, îòíîñÿòñÿ ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííût âî ÂÍÈÈÎÔÈ êîàêñèàëüíûå ôîòîýëåìåíòû ñåðèè ÔÝÊ, ðàññ÷èòàííûå íà íàãðóçêó 75 Îì è íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ 1000 Â; èõ âðåìåííîå ðàçðåøåíèå (ñîáñòâåííàÿ ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè) êîëåáëåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 10-9 äî 10-10 ñ, è ìàêñèìàëüíûé ôîòîòîê îò 1 äî 7 À ó ðàçíûõ ìàðîê, îòëè÷àþùèõñÿ êîíñòðóêöèåé è òèïîì ôîòîêàòîäà.
Òàêèì îáðàçîì, âîïðîñ îá ýôôåêòèâíîì ïðåîáðàçîâàíèè ñâåòîâîãî èìïóëüñà â ýëåêòðè÷åñêèé â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè (ïî êðàéíåé ìåðå äëÿ ëàçåðîâ ñ "ãèãàíòñêèì" èìïóëüñîì) ìîæíî ñ÷èòàòü ðåøåííûì. Äëÿ èññëåäîâàíèÿ ôîðìû ïîëó÷åííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî èìïóëüñà èñïîëüçóþòñÿ êàê îáû÷íûå óíèâåðñàëüíûå îñöèëëîãðàôû ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ äî 107 Ãö, òàê è ñïåöèàëüíûå ñêîðîñòíûå îñöèëëîãðàôû ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 1...5 ÃÃö è ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ~1 ìì/Â. Ïîñëåäíèå îáû÷íî íå èìåþò óñèëèòåëÿ (âåðòèêàëüíîãî âõîäà), è ñèãíàë â íèõ ïîäàåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî íà âåðèòåëüíûå îòêëîíÿþùèå ïëàñòèíû, ÷òî è îáåñïå÷èâàåò øèðîêóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, íî ïðè íèçêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ê âõîäíîìó ñèãíàëó. Äàëüíåéøèé àíàëèç îñöèëëîãðàììû ïðîâîäèòñÿ ïî åå ôîòîñíèìêó, à òàêæå ïðè èñïîëüçîâàíèè ÝËÒ ñ äëèòåëüíûì ñâå÷åíèåì ëþìèíîôîðà èëè ñ íàêîïëåíèåì çàðÿäà è ïîñëåäóþùèì åãî ìíîãîêðàòíûì ñ÷èòûâàíèè.
Ââèäó ïëîõîé âîñïðîèçâîäèìîñòè ïàðàìåòðîâ ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ èñïîëüçîâàíèå ñòðîáîñêîïè÷åñêèõ ìåòîäîâ èññëåäîâàíèÿ íå îáåñïå÷èâàåò íåîáõîäèìîé òî÷íîñòè èçìåðåíèé è ïîòîìó îáû÷íî íå ïðàêòèêóåòñÿ.
Êàê óêàçûâàëîñü â 1.1.2, íàèáîëåå áûñòðîäåéñòâóþùèå ôîòîýëåêòðè÷åñêèå ïðèåìíèêè èçëó÷åíèÿ èìåþò ïîñòîÿííóþ âðåìåíè 10-10 …10-9 ñ, ò.å. ñ èõ ïîìîùüþ ìîæíî íàäåæíî èññëåäîâàòü òîëüêî "ãèãàíòñêèå" èìïóëüñû, òèïè÷íàÿ äëèòåëüíîñòü êîòîðûõ ñîñòàâëÿåò 10-8 ñ, à âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà ìîãóò áûòü çíà÷èòåëüíî êîðî÷å. Ïîýòîìó ïðè èññëåäîâàíèè âðåìåííûõ çàâèñèìîñòåé â ñëó÷àå íàèáîëåå êîðîòêèõ ãèãàíòñêèõ èìïóëüñîâ è, îñîáåííî, ïèêîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ èñïîëüçóþò êîñâåííûå ìåòîäû, îñíîâàííûå íà ïðèìåíåíèè âðåìåííîé ðàçâåðòêè, èñïîëüçóåìîé â ýëåêòðîííûõ è îïòè÷åñêèõ îñöèëëîãðàôàõ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðèíöèï ñâåðõñêîðîñòíîé âðåìåííîé ðàçâåðòêè ðåàëèçîâàí êàê íà áàçå îïòèêî-ìåõàíè÷åñêîé ðàçâåðòêè ñ ðàñòðàìè (êèíîêàìåðà òèïà "ëóïà âðåìåíè"), ×òî ïîçâîëÿåò çàðåãèñòðèðîâàòü Íàáîð ìàëîèíôîðìàòèâíûõ äâóìåðíûõ èçîáðàæåíèé ñ ÷àñòîòîé ñúåìêè 105…108 êàäð/ñ, òàê è íà áàçå íåïðåðûâíîé îäíîìåðíîé (ùåëåâîé) îïòèêî-ìåõàíè÷åñêîé ðàçâåðòêè (ùåëåâûå ôîòîðåãèñòðàòîðû) ñ âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì îò 10-7 äî 3×10-9 ñ. Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå îïòèêî-ìåõàíè÷åñêîé ðàçâåðòêè íå ïîçâîëÿåò ñêîëüêî-íèáóäü ñóùåñòâåííî óëó÷øèòü âðåìåííîå ðàçðåøåíèå, îáåñïå÷èâàåìîå ìàëîèíåðöèîííûìè ôîòîïðèåìíèêàìè, íî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íàáîð äâóìåðíûõ (íàïðèìåð, ðàñïðåäåëåíèå ïî ïîïåðå÷íîìó ñå÷åíèþ ïó÷êà) èëè îäíîìåðíûõ (îäíîìåðíîå ñå÷åíèå ïó÷êà, ñïåêòð è ò.ï.) èçîáðàæåíèé, ïðàâäà, òîëüêî äëÿ èçëó÷åíèÿ ëàçåðîâ ÓÔ, âèäèìîãî è áëèæíåãî ÈÊ äèàïàçîíîâ, ÷òî îïðåäåëÿåòñÿ îãðàíè÷åííûì ñïåêòðàëüíûì äèàïàçîíîì èñïîëüçóåìûõ ôîòîïëåíîê.
Ïîýòîìó â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïðèìåíÿþò ýëåêòðîííóþ ðàçâåðòêó îäíî- èëè äâóìåðíûõ ýëåêòðîííûõ "èçîáðàæåíèé", ïîñòóïàþùèõ ñ ôîòîêàòîäà (ñóðüìÿíî-öåçèåâîãî, ìíîãîùåëî÷íîãî èëè êèñëîðîäíî-öåçèåâîãî, ÷òî îãîâàðèâàåòñÿ ïðè çàêàçå êîíêðåòíîãî ïðèáîðà) ÝÎÏà.  ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ êèñëîðîäíî-öåçèåâîãî ôîòîêàòîäà "êðàñíàÿ" ãðàíèöà äîñòèãàåò 1.3 ìêì. Îäíàêî áîëåå ñóùåñòâåííûì ïðåèìóùåñòâîì èñïîëüçóåìûõ äëÿ âûñîêîñêîðîñòíîé ðåãèñòðàöèè ÎÝÏîâ ÿâëÿåòñÿ çíà÷èòåëüíîå óñèëåíèå ÿðêîñòè ðåãèñòðèðóåìîãî èçîáðàæåíèÿ — äî (103…108 )õ â ìíîãîêàñêàäíûõ (2…6) ïðèáîðàõ; ýòî âàæíî ïðè ðåãèñòðàöèè ìàëîìîùíûõ ïèêîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ.  çàâèñèìîñòè îò ýëåêòðîííîé ñèñòåìû ðàçâåðòêè ìîæíî ïîëó÷èòü 9…12 îòäåëüíûõ êàäðîâ (äâóìåðíûõ èçîáðàæåíèé) ñ âðåìåíåì ýêñïîíèðîâàíèÿ äî 10-9…5×10-13ñ, ÷òî îáåñïå÷èâàåòñÿ îòäåëüíûì ýëåêòðîííûì çàòâîðîì, ðàñïîëîæåííûì îáû÷íî ó ôîòîêàòîäà. ×àñòîòà ñìåíû êàäðîâ, îáåñïå÷èâàåìàÿ çà ñ÷åò ñèíõðîííîé ðàáîòû äâóõ âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ ñèñòåì ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî îòêëîíåíèÿ (âñåãî ïó÷êà ôîòîýëåêòðîíîâ), ãîðàçäî íèæå, ÷òî çàòðóäíÿåò èññëåäîâàíèå äèíàìèêè ïðîöåññà ãåíåðàöèè.
Ïî
ýòîé ïðè÷èíå ÝÎÏû ñ ðàçâåðòêîé îáû÷íî èñïîëüçóþò äëÿ èññëåäîâàíèÿ òîëüêî
âðåìåííûõ çàâèñèìîñòåé èíòåíñèâíîñòè ñôîêóñèðîâàííîãîâàííîãî (ìîíîõðîìàòè÷åñêèì
îáúåêòèâîì) ïó÷êà èçëó÷åíèÿ ïèêîñåêóíäíîãî ëàçåðà. Ïðèìåíÿåìàÿ ïðè ýòîì
îäíîìåðíàÿ (îáû÷íî ëèíåéíàÿ) ðàçâåðòêà ìîæåò èìåòü ñêîðîñòü äî 1010
ñì/ñ, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ïîëó÷åíèå íà âûõîäíîì ëþìèíåñöåíòíîì ýêðàíå (Æ40 ìì) ñ ðàçðåøåíèåì îò 5…10
ëèí/ìì (â 5-6-êàñêàäíûõ ÝÎÏàõ) äî 50 ëèí/ìì (â îäíîêàñêàäíûõ) âðåìåííîé
ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè 10-11 ñ. Ðåêîðäíàÿ ñêîðîñòü îäíîìåðíîé
(ñïèðàëüíîé) ðàçâåðòêè (6×1010 ñì/ñ)
äîñòèãíóòà â ÝÎÏå "Ïèêîõðîí-1" çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ íà îòêëîíÿþùèõ
ïëàñòèíàõ ÑÂ×-íàïðÿæåíèÿ (l =
ñîîòâåòñòâåííî ïðè ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè (íå ýêðàíå) 5 ëèí/ìì âðåìåííîå ðàçðåøåíèå ìîþò äîñòèãàòü 5×10-13 ñ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò âðåìåííûì ðàçáðîñàì ïðîëåòà ýëåêòðîíîâ â ïó÷êå, è ïîýòîìó íå ìîæåò áûòü óëó÷øåíî ïîâûøåíèåì ñêîðîñòè ðàçâåðòêè. Õàðàêòåðíî, ÷òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ óäîâëåòâîðèòåëüíûõ ÿðêîñòè õàðàêòåðèñòèê âûõîäíîãî ñèãíàëà (ñïèðàëè íà ëþìèíåñöåíòíûõ ýêðàíàõ) "Ïèêîõðîí-1" èìååò øåñòèêàñêàäíóþ ñèñòåìó óñèëåíèÿ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ÿðêîñòü âîçðàñòàåò â 107…108 ðàç ïî ñðàâíåíèþ ñ èñõîäíîé (íî ñóùåñòâåííî ïàäàåò ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü âûõîäíîãî "èçîáðàæåíèÿ").
Òàêèì îáðàçîì, âîïðîñ èññëåäîâàíèÿ âðåìåííûõ çàâèñèìîñòåé ãåíåðàöèè ïèêî- è äàæå ôåìòîñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ìîæíî ñ÷èòàòü â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ðåøåííûì. Îäíàêî ñëîæíîñòü, âûñîêàÿ ñòîèìîñòü, ãðîìîçäêîñòü è íåîáõîäèìîñòü âûñîêîêâàëèôèöèðîâàííîãî îáñëóæèâàíèÿ çàòðóäíÿåò â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå êàìåð ñ îïòèêî-ìåõàíè÷åñêîé è ýëåêòðîííîé ðàçâåðòêàìè.
ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ,
TOC o "1-3" GOTOBUTTON _Toc339817550 PAGEREF _Toc339817550 3
1.1 Èçìåðåíèå ìîùíîñòè è ýíåðãèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ...................................................................... GOTOBUTTON _Toc339817552 PAGEREF _Toc339817552 3
1.1.1 Òåïëîâîé ìåòîä..................................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc339817553 PAGEREF _Toc339817553 4
1.1.2 Ôîòîýëåêòðè÷åñêèé ìåòîä............................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc339817554 PAGEREF _Toc339817554 12
1.1.3 Ïîíäåðîìîòîðíûé ìåòîä................................................................................................................. GOTOBUTTON _Toc339817555 PAGEREF _Toc339817555 16
1.2 Èçìåðåíèå îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ èìïóëüñà ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ............................................. GOTOBUTTON _Toc339817556 PAGEREF _Toc339817556 19
1.2.1 Àíàëèç ïàðàìåòðîâ èìïóëüñà ñ ïîìîùüþ îñöèëëîãðàôà...................................................... GOTOBUTTON _Toc339817557 PAGEREF _Toc339817557 20
1.2.2 Èçó÷åíèå ôîðìûñâåðõêîðîòêèõ ëàçåðíûõ èìïóëüñîâ............................................................ GOTOBUTTON _Toc339817558 PAGEREF _Toc339817558 20
ÂÂÅÄÅÍÈÅ Ï îëó÷åíèå äîñòîâåðíûõ ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé êàê ñàìèõ ïàðàìåòðîâ ëàçåðîâ, òàê è âûõîäíûõ õàðàêòåðèñòèê ëàçåðíûõ ïðèáîðîâ è ñèñòåì èìååò ñâîþ ñïåöèôèêó, ïîñêîëüêó ëàçåðíîå èçëó÷åíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ íåêîòîðûìè îñîáåííî
Èñòîðèÿ ñîçäàíèÿ è òåõíîëîãèÿ ïðîèçâîäñòâà êèðïè÷à
Ðàñ÷åò âèíòîâîãî ãèáî÷íîãî ïðåññà
Ëåêöèè ïî Ôèçè÷åñêîé îïòèêå ÷ë.-êîð Êóðáàòîâà Ë.Ï.
Ëàçåðíàÿ ìåäèöèíñêàÿ óñòàíîâêà "Èìïóëüñ-1"
Ìåòðîëîãèÿ
Âëèÿíèå ñðåäû ðàñïðîñòðàíåíèÿ íà òî÷íîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêèõ èçìåðèòåëüíûõ ñèñòåì
Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ãèðîñêîïû
Ñîäåðæàíèå ôåäåðàëüíîé äîðîãè Áèéñê-Íîâîñèáèðñê-Òàøàíòà
Êîï÷åíèå
Ðàçðàáîòêà è èçãîòîâëåíèå äåêîðàòèâíîé ðåçíîé âàçû ñ ïîäñòàâêîé (1) (4))
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Ðåôåðàòû, êîíòðîëüíûå, êóðñîâûå, äèïëîìíûå ðàáîòû.