CBRR1783 (Измерение параметров лазеров)
Описание файла
Документ из архива "Измерение параметров лазеров", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технология" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "технология" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "CBRR1783"
Текст из документа "CBRR1783"
9
ВВЕДЕНИЕ
Получение достоверных результатов измерений как самих параметров лазеров, так и выходных характеристик лазерных приборов и систем имеет свою специфику, поскольку лазерное излучение характеризуется некоторыми особенностями: широким спектральным (0,2 мм...1 мм) и динамическим диапазоном (120...200 дБ), малой длительностью импульсов (до 0.1 пс), высокой плотностью мощности (до 109 Вт/см2), энергии и т.п. Система характеристик и параметров ров лазеров и лазерного излучения лазерных приборов установлена ГОСТ 15093-75, ГОСТ 24453-80 и ГОСТ 23778-79, в соответствии с которыми осуществляется контроль изделий лазерной техники на этапе выпуска продукции и при их эксплуатации (табл.1).
Таблица 1
| Параметр, характеристика | Единица измерения | Определение | Обозначе-ние | |||
| Энергетические параметры и характеристики | ||||||
| Энергия | Дж | Энергия, переносимая лазерным излучением | W | |||
| Мощность | Вт | Энергия, переносимая лазерным излучением в единицу времени | P | |||
| Интенсивность | Величина, пропорциональная квадрату амплитуды электромагнитного колебания | J | ||||
| Спектральная плотность энергии (мощность) | Дж×Гц-1 Вт×Гц-1 | Wl, Wn (Pl,Pn) | ||||
| Средняя мощность импульса | Вт | Pu,ср | ||||
| Максимальная мощность импульса | Вт | Pu, max | ||||
| Спектральные параметры и характеристики | ||||||
| Длина волны | l | |||||
| Частота | n | |||||
| Ширина спектральной линии | dn dl | |||||
| Степень хроматичности | dn/n dl/l | |||||
| Пространственно-временные параметры и характеристики | ||||||
| Диаграмма направленности | Угловое распределение энергии или мощности лазерного излучения | |||||
| Диаметр пучка | м | Диаметр поперечного сечения пучка лазерного излучения, внутри которого проходит заданная доля энергии или мощности лазера | d | |||
| Расходимость | рад, ср | Плоский или телесный угол, характеризующий ширину диаграммы направленности лазерного излучения в дальней зоне по заданному уровню углового распределения энергии или мощности лазерного излучения, определяемому по отношению к его максимальному значению | QP | |||
| Энергетическая расходимость | рад, ср | Плоский или телесный угол, внутри которого распространяется заданная доля энергии или мощности лазерного излучения | qS | |||
| Относительное распределение плотности энергии (мощности) | Распределение плотности энергии (мощности) излучения по сечению лазерного пучка, нормированное относительно максимального значения плотности энергии (мощности) | qW,P,qW,S | ||||
| Частота повторения импульсов | Гц | Отношени числла импульсов лазерного излучения ко времени | F | |||
| Длительность импульсов | с | tu | ||||
| Параметры когерентности | ||||||
| Степень пространственно-временной когерентности | Модуль комплексной степени пространственно-временной когерентности при фиксированных координатах точки в пространстве и времени, равный:
| ½g12(t)½ | ||||
| Степень пространственной когерентнсти | Модуль комплексной степени временной когерентности для фиксированной точки пространства, равный
| ½g12(О)½ | ||||
| Степень временной когерентности | Модуль комплексной степени временной когерентности для фиксированной точки пространства, равный
| ½g11(t)½ | ||||
| Время когерентности | с | Минимальное запаздывание, для которого степень временной когерентности принимает значение равное нулю | ||||
| Длина когерентности | м | Произведение времени когерентности на скорость электромагнитного излучения в вакууме | DК | |||
| Параметры поляризации | ||||||
| Плоскость поляризации | Плоскость, проходящая через направление распространения линейно-поляризованного лазерного излучения и направление его электрического вектора | |||||
| Эллиптичность поляризованного лазерного излучения | Отношение малой полуоси эллипса, по которому поляризовано лазерное излучение к его большой полуоси | |||||
| Степень поляризации | Отношение интенсивности поляризованной составляющей лазерного излучения к полной его интенсивности | |||||
ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Для измерения энергетических параметров лазерного излучения могут использоваться самые разнообразные методы, основанные на различных физических и химических эффектах взаимодействия лазерного излучения с веществом, последнее может находиться в любом агрегатном состоянии. Однако наиболее широкое распространение получили методы, основанные на преобразовании энергии лазерного излучения в тепловую энергию (тепловой метод) и в энергию электрического тока (фотоэлектрический и пироэлектрический методы). Реже применяется пондеремоторный метод, основанный на преобразовании энергии лазерного излучения в механическую энергию.
Измерение мощности и энергии лазерного излучения
Существующие средства измерения (СИ) энергетических параметров лазерного излучения содержат приемный (первичный) измерительный преобразователь (ПИП), измерительное устройство, а также отсчетное, или регистрирующее устройство. В ПИП энергия лазерного излучения преобразуется в тепловую или в механическую энергию или в электрический сигнал, доступные для дальнейшего преобразования и измерения.
Различают ПИП поглощающего и проходного типа. В преобразователях поглощающего типа поступающая на вход энергия лазерного излучения почти полностью поглощается и рассеивается в нем. В преобразователях проходного типа рассеивается лишь часть поступившей на вход энергии излучения (как правило небольшая), а большая чисть изучения проходит через преобразователь и может быть использована для требуемых целей.
Измерительное устройство включает преобразовательные элементы и измерительную цель. Их назначение — преобразование выходного сигнала ПИП в сигнал, подаваемый на отсчетное или регистрирующее устройство. Отсчетное или регистрирующее устройство служит для считывания или регистрации значения измеряемой величины в аналоговой или цифровой форме.
Обычно ПИП конструктивно выполняется в виде отдельного блока, называемого измерительной головкой, а измерительное и отсчетное устройства — в виде измерительного блока. В измерительный блок могут быть включены дополнительные устройства, например цепи коррекции дрейфа нуля, температурной и электрической стабилизации и др.
Тепловой метод
Сущность этого метода состоит в том, что энергия излучения при взаимодействии с веществом приемного преобразователя превращается в тепловую энергию, которая впоследствии измеряется тем или иным способом. Для измерения тепловой энергии, выделившейся в ПИП, обычно используют:
—термоэлектрический эффект Зеебека (возникновение ТЭДС между нагретым и холодным спаями двух разнородных металлов или полупроводников);
—явление изменения сопротивления металлов и полупроводников при изменении температуры (болометрический эффект); фазовые переходы "твердое тело-жидкость" (лед-вода);
—эффект линейного или объемного расширения веществ при нагревании и др.
Необходимо отметить, что все тепловые ПИП в принципе являются калориметрами. Однако в литературе сформировались устойчивые названия ПИП, ассоциируемые обычно с некоторой совокупностью характерных признаков, свойственных приемным преобразователям определенных типов (термоэлементы, болометры, пироприемники и пр. ) .
Наиболее широкое распространение для измерения таких усредняемых во времени энергетических параметров лазерного излучения, как энергия и средняя мощность, получили калориметры. Они имеют достаточно конструктивно развитый приемный элемент, не объединенный с чувствительным элементом. К достоинствам калориметров относятся широкий спектральный и динамический диапазон работы, высокая линейность, точность и стабильность характеристик, простота конструкции, возможность их использования с высокоточными, хотя и инерционными цифровыми приборами, возможность калибровки преобразователей по эквивалентному электрическому воздействию.
Любая калориметрическая система (рис.1.1) содержит внутреннее калориметрическое тело К (приемный элемент), в котором протекает процесс выделения (или поглощения) тепла, и внешнюю оболочку О, с которой происходит теплообмен калориметрического тела путем теплопроводности, конвекции и излучения.
