Единица измерения лазерного излучения

Читайте также:

1. I. Измерение силы тока.
2. Актинометр (1 — 500) Вт/м2 .Радиометры. Спектрорадиометр. Радиометр оптического излучения .Дозиметр оптического излучения.
3. АЛЬФА-, БЕТА- И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ
4. Анализ использования производственной мощности предприятия
5. Анализ использования производственной мощности предприятия
6. Анализ риска. Определение и измерение риска. Кривая Фармера. Законодательные акты регламентирующие риск.
7. Антропогенные источники ионизирующего излучения
8. Баланс производственной мощности.
9. Безработица: понятие и измерение
10. Біологічні ефекти, які виникають у тканині під впливом лазерного випромінювання
11. Біофізичний механізм дії лазерного випромінювання на тканину
12. БЛАГОДАРЯ ОТКРОВЕНИЮ ТАЙНЫ ПРЕСВ. ТРОИЦЫ ОТКРЫЛОСЬ НОВОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ОБРАЗА

Мощность и энергия излучения лазеров — это различные, хотя и тесно связанные друг с другом величины. Мощность и энергию лазерного излуче­ния обычно называют энергетическими параметрами. Лазерное излучение принято характеризовать следующими параметрами:

• мощностью излучения Р при работе лазера в непрерывном режиме;

• энергией излучения одиночных импульсов

где τ_и — длительность импульса излучения;

• средней мощностью в импульсе

• средней мощностью импульсно-модулированного излучения

Здесь Т— период следования импульсов.

Измерения энергии и мощности лазерного излучения не отличаются дос­таточно высокой точностью (ошибки измерения около 2,5 % и редко пони­жаются до 0,5 %).

Мощность и энергию излучения лазеров измеряют различными метода­ми, в том числе и методами, применяемыми для СВЧ-диапазона. Однако их реализация для волн оптического диапазона имеет некоторые отличия.

Для измерения импульсов лазерного излучения с энергией менее 10 -3 Дж применяют вакуумный микрокалориметр с поглотителем в виде миниатюр­ного конуса, изготовленного из медной фольги и имеющего массу около 0,1 г. Измеряемое излучение направляют в поглотитель с помощью короткофокус­ной линзы. Изменение температуры поглотителя регистрируется дифферен­циальной медно-константановой термопарой. Один из спаев термопары ук­реплен на вершине конуса, а другой (холодный) присоединен к траверсе, выходящей наружу через ножку колбы. Конус вклеен в слюдяную пластину, за­крепленную в специальных держателях. При использовании гальванометра чувствительность прибора составляет 0,8 мДж на деление шкалы.

Измеряют энергию лазера и жидкостными калориметрами, подобным рассмотренным выше. Основной недостаток калориметров с датчиками температуры — большое время установления теплового равновесия (едини­цы минут). За это время часть тепла теряется на излучение и конвекцию, что является причиной дополнительных погрешностей измерения уровня погло­щаемой энергии. Этого недостатка лишены жидкостные калориметры для измерения больших энергий излучения, работающие подобно термометрам.

Примером такого калориметра может служить специальный сосуд, на­полненный раствором нитрата меди в ацетонитриле. Концентрацию нитрата меди подбирают так, чтобы коэффициент пропускания ячейки длиной 75 мм составлял 10 -4 для падающей энергии излучения на длине волны рубинового лазера. Сосуд связан с тонким капилляром диаметром 0,1 мм, в который мо­жет выходить жидкость при расширении. Обычно уровень жидкости уста­навливается так, что ее подъему на 25 мм соответствует увеличение изме­ряемой энергии на 2,5 Дж.

Фотоэлектрические измерители лазерного излучения. Фактически любой фотоприемник, выходной сигнал которого пропор­ционален падающему лучистому потоку, позволяет измерять мощность не­прерывного излучения лазеров или энергию их импульсного излучения. Для измерения средней мощности излучения лазеров непрерывного действия применяют полупроводниковые фотоприемники с р-n-переходом. Энергию излучения лазеров, работающих в импульсном режиме, измеряют интегриро­ванием выходного сигнала фотоприемника.

Измерители больших импульсных мощностей лазерного излучения. Большие импульсные мощности часто измеряют с помощью различных эффектов в кристаллах, прозрачных для лазерного излучения.

Сегнетоэлектрический измеритель мощности. При падении излучения на сегнетоэлектрик (пироэлектрик) на кристалле или на последовательно соединенном с ним резисторе удается получить пироэлектрическое напряже­ние, которое можно измерить.

В качестве сегнетоэлектриков применяют титанат бария, титанат свинца, моногидрат сульфата лития и др. Для измерения силы пиротока на противо­положные стороны кристалла напыляют серебряные или золотые электроды (рис. 11.18).

Приемник обычно выполняют в виде цилиндрического конденсатора с круглым или прямоугольным входным отверстием. Сфера состоит из двух полусфер, изготовленных из пироактивной керамики титаната бария и соединенных специальным образом. На внешнюю и внутреннюю поверхности полусфер наносят серебряные электроды, к которым присоединяются тонкие проводники. Для измерения высоких интенсивностей излучения внутреннюю поверхность сферы покрывают тугоплавким слоем с большой отражательной способностью — например, слоем платины толщиной 0,1 мм.

Измеритель мощности излучения с использованием обратного электро­оптического эффекта. Данный эффект состоит в том, что при падении мо­нохроматического излучения на некоторые кристаллы в них возникает поля­ризация. Если такой кристалл поместить в конденсатор специальной формы (рис. 11.19), то измеряемая мощность излучения будет связана с напряже­нием и на зажимах конденсатора определенным соотношением.

Наиболее эффективно использовать полупроводники при измерении мощности лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне (например, лазе­ров на СО₂). Верхний уровень измеряемой мощности определяется оптиче­ской прочностью кристалла, которая для пьезокристаллов находится в пре­делах (0,15 ..1) 1010 Вт/см2, что сравнимо с оптической прочностью оптиче­ских стекол лучших марок, используемых в лазерах

Измеритель мощности с использованием обратного электрооптического эффекта содержит прозрачный для измеряемого излучения кристалл; кон­денсатор с помещенным в него кристаллом, с пластин которого снимается напряжение, пропорциональное пиковой мощности импульса лазера, элек­тронную схему для измерения наведенной ЭДС (как правило, вольтметра амплитудного значения). Для регистрации длительности лазерного импульса при измерении энергии излучения к измерителю мощности может подклю­чаться осциллограф.

Пондеромоторный ваттметр. Действие пондеромоторного (механиче­ского) измерителя основано на использовании светового давления. Давление электромагнитных волн на отражающую поверхность пропорционально значению вектора Умова-Пойнтинга, который определяет плотность потока энергии, проходящей ежесекундно через единичную площадь. Такие при­боры применяют для измерения энергии и мощности излучения лазеров, работающих как в импульсном, так и непрерывном режимах. Верхний пре­дел измеряемых величин мощности или энергии практически не ограни­чен. Пондеромоторные измерители мощности обладают высокой точно­стью измерений, потребляют незначительную мощность, малоинерционны и не боятся перегрузок. Их недостатком является низкая виброустойчи­вость и необходимость тщательного согласования и изготовления деталей по высшему классу точности.

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 1160 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Термины, определения и буквенные обозначения величин

Laser parameter and characteristic measuremens.
Terms, definitions and letter symbols

Дата введения 1982-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 10 декабря 1980 г. N 5730 дата введения установлена 01.01.82

ПЕРЕИЗДАНИЕ.

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий и буквенные обозначения величин в области измерений параметров и характеристик лазерного излучения.

Термины и буквенные обозначения величин, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается. Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены "Ндп".

Для отдельных стандартизованных терминов в качестве справочных приведены их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования. Установленные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.

В случаях, когда существенные признаки понятия содержатся в буквальном значении термина, определение не приведено и соответственно в графе "Определение" поставлен прочерк.

Для отдельных величин установлены два буквенных обозначения. Обозначение, указанное в скобках, является запасным. Настоящий стандарт следует применять совместно с ГОСТ 7601-78, ГОСТ 23778-79, ГОСТ 24286-88, ГОСТ 15093-90 и ГОСТ* РМГ 29-99.
________________
* Соответствует оригиналу. – Примечание "КОДЕКС".

Термины и определения, отмеченные звездочкой, соответствуют терминам и определениям физической оптики по ГОСТ 7601-78; в необходимых случаях слова "оптическое излучение" заменены словами "лазерное излучение"; здесь стандартизованные определения опущены и вместо них поставлены прочерки.

Термины и определения, отмеченные двумя звездочками, соответствуют терминам и определениям импульсной фотометрии по ГОСТ 24286-88; в них слово "излучение" заменено словами "лазерное излучение"; здесь стандартизованные определения опущены и вместо них поставлены прочерки.

В стандарте приведен алфавитный указатель содержащихся в нем терминов.

К стандарту дано приложение 1, содержащее термины, применяемые в определениях настоящего стандарта.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма – светлым, а недопустимые синонимы – курсивом.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И XАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И XАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Энергетические параметры и характеристики лазерного излучения

9.4. Измерение мощности лазерного излучения

Мощность и энергия излучения лазеров — это различные, хотя и тесно связанные друг с другом величины. Мощность и энергию лазерного излучения обычно называют энергетическими параметрами.Лазерное излучение принято характеризовать следующими параметрами:

• мощностью излучения Р при работе лазера в непрерывном режиме;

• энергией излучения одиночных импульсов

W=p(t)dt, (9.9)

где τи — длительность импульса излучения;

• средней мощностью в импульсе

Р ср и = W / τи (9.10)

• средней мощностью импульсно-модулированного излучения

Рср = p(t)dt (9.11)

Здесь Т— период следования импульсов.

Измерения энергии и мощности лазерного излучения не отличаются достаточно высокой точностью (ошибки измерения около 2,5 % и редко понижаются до 0,5 %).

Мощность и энергию излучения лазеров измеряют различными методами , в том числе и методами, применяемыми для СВЧ-диапазона. Однако реализация для волн оптического диапазона имеет некоторые отличия.

Для измерения импульсов лазерного излучения с энергией менее 10-3 Дж применяют вакуумный микрокалориметр с поглотителем в виде миниатюрного конуса, изготовленного из медной фольги и имеющего массу около 0,1г. Измеряемое излучение направляют в поглотитель с помощью короткофокусной линзы. Изменение температуры поглотителя регистрируется дифференциальной медно-константановой термопарой. Один из спаев термопары укреплен на вершине конуса, а другой (холодный) присоединен к траверсе, выходящей наружу через ножку колбы. Конус вклеен в слюдяную пластину, закрепленную в специальных держателях. При использовании гальванометра чувствительность прибора составляет 0,8 мДж на деление шкалы.

Измеряют энергию лазера и жидкостными калориметрами, подобным рассмотренным в разд. 9.2. Основной недостаток калориметров с датчиками температуры — большое время установления теплового равновесия (единицы минут). За это время часть тепла теряется на излучение и конвекцию, что является причиной дополнительных погрешностей измерения уровня поглощаемой энергии. Этого недостатка лишены жидкостные калориметры для измерения больших энергий излучения, работающие подобно термометрам. Примером такого калориметра может служить специальный сосуд, наполненный раствором нитрата меди в ацетонитриле. Концентрацию нитрата меди подбирают так, чтобы коэффициент пропускания ячейки длиной 75 мм составлял 10-4 для падающей энергии излучения на длине волны рубинового лазера. Сосуд связан с тонким капилляром диаметром 0,1 мм, в который мо-жет выходить жидкость при расширении. Обычно уровень жидкости уста-навливается так, что ее подъему на 25 мм соответствует увеличение изме-ряемой энергии на 2,5 Дж.

Фотоэлектрические измерители лазерного излучения

Фактически любой фотоприемник, выходной сигнал которого пропорционален падающему лучистому потоку, позволяет измерять мощность непрерывного излучения лазеров или энергию их импульсного излучения. Для измерения средней мощности излучения лазеров непрерывного действия применяют полупроводниковые фотоприемники ср-п -переходом. Энергию излучения лазеров, работающих в импульсном режиме, измеряют интегриро- ванием выходного сигнала фотоприемника.

Измерители больших импульсных мощностей лазерного излучения

Большие импульсные мощности часто измеряют с помощью различных эффектов в кристаллах, прозрачных для лазерного излучения.

Сегнетоэлектрический измеритель мощности. При падении излучения на сегнетоэлектрик (пироэлектрик) на кристалле или на последовательно соединенном с ним резисторе удается получить пироэлектрическое напряже­ние, которое можно измерить.

В качестве сегнетоэлектриков применяют титанат бария, титанат свинца, моногидрат сульфата лития и др. Для измерения силы пиротока на противо­положные стороны кристалла напыляют серебряные или золотые электроды (рис. 9.9, а).

Приемник обычно выполняют в виде цилиндрического конденсатора с круглым или прямоугольным входным отверстием. Сфера состоит из двух полусфер, изготовленных из пироактивной керамики титаната бария и соединенных специальным образом. На внешнюю и внутреннюю noверхности полусфер наносят серебряные электроды, к которым присоединяются тонкие проводники. Для измерения высоких интенсивностей излучения внутреннюю поверхность сферы покрывают тугоплавким слоем с большой отражательной способностью— например, слоем платины толщиной 0,1 мм.

Рис. 9.9. Схемы измерителей больших импульсных мощностей:

а — на сегнетоэлектрике б — на обратном электрооптическом эффекте;

1 — измеритель; 2 — электроды, 3 — пластины конденсатора

Измеритель мощности излучения с использованием обратного электрооптического эффекта. Данный эффект состоит в том, что при падении монохроматического излучения на некоторые кристаллы в них возникает поляризация. Если такой кристалл поместить в конденсатор специальной формы (рис. 9.9,6), то измеряемая мощность излучения будет связана с напряжением и на зажимах конденсатора определенным соотношением.

Наиболее эффективно использовать полупроводники при измерении мощности лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне (например, лазеров на СО2). Верхний уровень измеряемой мощности определяется оптической прочностью кристалла, которая для пьезокристаллов находится в пределах (0,15…1)1010 Вт/см2, что сравнимо с оптической прочностью оптических стекол лучших марок, используемых в лазерах.

Измеритель мощности с использованием обратного электрооптического эффекта содержит прозрачный для измеряемого излучения кристалл; конденсатор с помещенным в него кристаллом, с пластин которого снимается напряжение, пропорциональное пиковой мощности импульса лазера; электронную схему для измерения наведенной ЭДС (как правило, вольтметра амплитудного значения). Для регистрации длительности лазерного импульса при измерении энергии излучения к измерителю мощности может подключаться осциллограф.

Пондеромоторный ваттметр. Действие пондеромоторного (механического) измерителя основано на использовании светового давления. Давление электромагнитных волн на отражающую поверхность пропорционально значению вектора Умова-Пойнтинга, который определяет плотность потока энергии, проходящей ежесекундно через единичную площадь. Такие при­боры применяют для измерения энергии и мощности излучения лазеров, работающих как в импульсном, так и непрерывном режимах. Верхний пре­дел измеряемых величин мощности или энергии практически не ограни­чен. Пондеромоторные измерители мощности обладают высокой точно­стью измерений, потребляют незначительную мощность, малоинерционны и не боятся перегрузок. Их недостатком является низкая виброустойчи­вость и необходимость тщательного согласования и изготовления деталей по высшему классу точности.