Решетчатый измеритель характеристик лазерного излучения

  • 30 авг. 2011 г.
  • 1026 Слова
УДК 621.378.325

Решетчатый измеритель характеристик лазерного излучения

Н.Г.Кокодий1, В.А.Тиманюк1, Хе Ши2

1 Национальный фармацевтический университет, г. Харьков
2 Харьковский национальный университет им. В.Н.Каразина, г. Харьков

ВВЕДЕНИЕ

Развитие лазерной техники требует создания измерительных при-боров, способных оперативно контролировать характеристики излуче-ния. Так, втехнологических лазерных установках требуется постоянный мониторинг мощности излучения, распределения интенсивности в попе-речном сечении пучка, диаметра пучка, положения его энергетического центра. В некоторых случаях необходимо контролировать параметры поляризации излучения.
В видимом диапазоне спектра при небольших (до 1 см) диаметрах пучка излучения эти задачи успешно решаются с помощью фотодиод-ныхматриц. Если измерения проводятся в среднем инфракрасном диа-пазоне, возникают некоторые трудности. Здесь используются, в основ-ном, термоэлектрические и пироэлектрические приемники. Так как рас-пределение температуры по поверхности приемника отличается от рас-пределения интенсивности падающего излучения, необходимо приме-нять различные методы коррекции результатов измерений. В работах [1, 2] показано,что для измерения характеристик мощного лазерного из-лучения в видимом и инфракрасном диапазонах можно использовать решетки из тонкой металлической проволоки. Под действием излучения проволока нагревается, и ее электрическое сопротивление меняется. Из-мерив сопротивление элементов решетки, можно найти распределение интенсивности в плоскости приемника. Для этого необходимы данные при несколькихположениях одной и той же решетки или сигналы с не-скольких решеток.
Алгоритмы обработки сигналов с решетчатого приемника анало-гичны алгоритмам, использующимся в компьютерной томографии. В них осуществляется интегрирование сигнала в полярных координатах – по радиусу и азимутальному углу. Поэтому существенным является чис-ло решеток приемника и число элементов в каждой решетке. Эти пара-метры определяюткачество интегрирования сигнала. Исследования по-казали, что число решеток в приемнике должно быть не менее трех, а каждая решетка должна содержать не менее 8 элементов.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

Решетчатый измеритель состоит из приемника излучения, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и компьютера. Приемник имеет че-тыре решетки, расположенные вертикально одна за другой на пути ла-зерного пучка.Элементы решеток расположены под углами 0, 45, 90 и 135 к вертикали. Каждая решетка состоит из 8 никелевых проволок (болометров) диаметром 40 мкм, расположенных на расстоянии 7,2 мм друг от друга. Диаметр входного окна – 60 мм. Болометры включены последовательно с резисторами 150 Ом. На них подается постоянное на-пряжение 3 В. Сигналы с решеток через АЦП вводятся в компьютер.
На рис. 1 показан внешний видизмерительного прибора - решет-чатый приемник, компьютер с платой АЦП внутри него и лампа – один из источников непрерывного излучения.

ИЗМЕРЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Алгоритм обработки сигналов основан на интегральном преобра-зовании Радона [3]:
, (1)
где I(x, y) – искомая функция распределения интенсивности излучения, u(l,) – сигнал с элемента решетки, расположенногона расстоянии l от центра входного окна прибора под углом  к вертикали. Интегрирова-ние по переменной  реально идет в пределах окна прибора, так как вне его функция u(l,) равна нулю.
Из выражения (1) видно, что число элементов решетки должно быть достаточным для надежной интерполяции функции u(l,) вдоль координаты l, а число решеток – достаточным для ее интерполяции вдоль координаты .
Интеграл (1) вычисляется в два этапа.
Внутренний интеграл
(2)
где , , содержит производную . Численное дифференцирование функции u(l,) , определяемой экспери-ментально, приводит к большим ошибкам. Поэтому интегрированием по частям формула (2) приводится к следующему виду:

Здесь дифференцируется функция , заданная аналитиче-ским...
tracking img