[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2626315C2 - High-speed multichannel device for energy measuring short laser pulses - Google Patents

High-speed multichannel device for energy measuring short laser pulses Download PDF

Info

Publication number
RU2626315C2
RU2626315C2 RU2016101669A RU2016101669A RU2626315C2 RU 2626315 C2 RU2626315 C2 RU 2626315C2 RU 2016101669 A RU2016101669 A RU 2016101669A RU 2016101669 A RU2016101669 A RU 2016101669A RU 2626315 C2 RU2626315 C2 RU 2626315C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
energy
frri
radiation
fiber
Prior art date
Application number
RU2016101669A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016101669A (en
Inventor
Михаил Владимирович Улановский
Аркадий Михайлович Райцин
Виктор Семенович Хлопов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ")
Priority to RU2016101669A priority Critical patent/RU2626315C2/en
Publication of RU2016101669A publication Critical patent/RU2016101669A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626315C2 publication Critical patent/RU2626315C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0474Diffusers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device includes a diffuser of a uniform intensity distribution (DUID), a fiber-optic collector and a measuring and computing unit. The DUID includes a biconcave lens that diffusely passes a convex-concave lens of milky glass, a hollow photometric cylinder, and a diffusely-permeable plate made of milky glass. The fiber-optic collector contains optical fibers enclosed in the input rim installed at the DUID outlet, and at the output rims that branch the optical radiation flux into, at least, two channels to measure the radiation energy at different wavelengths. At the outputs of the fiber-optic collector there are spectral filters and neutral attenuators that are matched to the spectrum and the level of the optical signal with the characteristics of the corresponding photodiodes switched via a switch. The measuring and computing unit includes an integrating device, an amplifier, a peak detector, an analog-to-digital converter, a microprocessor, and an indicator.
EFFECT: increasing the accuracy of measurements over a wide range of laser beam diameters.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и технической физики, в частности - к высокоточному многоканальному устройству для измерения энергии коротких лазерных импульсов, например милли-, микро-, нано-, пико- и фемтосекундных, в широком диапазоне изменения диаметра пучка. Изобретение может быть использовано в средствах измерений энергии лазерных импульсов, предназначенных для применения в системах метрологического контроля характеристик лазеров в процессе их выпуска или эксплуатации.The invention relates to the field of measuring equipment and technical physics, in particular to a high-precision multi-channel device for measuring the energy of short laser pulses, for example, milli, micro, nano, pico and femtosecond, in a wide range of beam diameters. The invention can be used in means of measuring the energy of laser pulses intended for use in systems of metrological control of the characteristics of lasers in the process of their production or operation.

Известно устройство для измерения мощности лазерного излучения, основанное на диффузном рассеянии [В.Б. Лощенков, К.Г. Линьков, Н.Н. Брысин, Т.А. Савельева. Патент RU №2381461 С1, кл. G01/G1/04, 2008]. Устройство предназначено для измерения мощности малоинтенсивного непрерывного излучения терапевтических лазерных установок с волоконно-оптическими зондами, использующими наконечники различной формы. Применяемый на выходе зондов рассеиватель позволяет сформировать излучение, близкое по интенсивности для всех используемых типов наконечников при равной оптической мощности, вводимой в волоконно-оптический зонд без дополнительной перенастройки устройства. Фактически, для разных типов наконечников пространственное распределение интенсивности на выходе рассеивателя выравнивается и зависимость от неравномерности зонной характеристики устройства уменьшается. Однако данное устройство не позволяет измерять мощности лазерных источников на разных длинах волн без изменения его конструкции с целью установки разных типов приемников излучения, селективных к требуемой длине волны. Кроме того, применяемый тип рассеивателя не предусматривает получение равномерного распределения интенсивности на его выходе с гарантированными метрологическими характеристиками, что ухудшает зонную характеристику устройства и приводит к большей погрешности измерений.A device for measuring the power of laser radiation, based on diffuse scattering [VB Loschenkov, K.G. Linkov, N.N. Brysin, T.A. Savelyeva. Patent RU No. 2381461 C1, cl. G01 / G1 / 04, 2008]. The device is designed to measure the power of low-intensity continuous radiation of therapeutic laser systems with fiber optic probes using tips of various shapes. The scatterer used at the output of the probes makes it possible to generate radiation close in intensity for all types of tips used with equal optical power introduced into the fiber-optic probe without additional reconfiguration of the device. In fact, for different types of tips the spatial distribution of intensity at the output of the diffuser is leveled and the dependence on the unevenness of the band characteristics of the device decreases. However, this device does not allow measuring the power of laser sources at different wavelengths without changing its design in order to install different types of radiation receivers that are selective to the desired wavelength. In addition, the type of diffuser used does not provide for a uniform intensity distribution at its output with guaranteed metrological characteristics, which degrades the band characteristic of the device and leads to a larger measurement error.

Известно устройство для измерения энергии лазерных импульсов, использующее фотоэлектрические и пироэлектрические первичные измерительные преобразователи, изготавливаемые фирмой «Ophir Optronics Solutions Ltd» [сайт www.ophiropt.com/laser-measurement. Каталог измерителей мощности и энергии «OPHIR»], принятый за прототип, которые позволяют производить измерение энергии лазерного пучка в широком диапазоне ее изменения. Однако предлагаемые фирмой первичные преобразователи (Energy Sensors) не содержат сведений для измерения нано-, пико- и фемтосекундных импульсов, кроме того, используют один канал измерения энергии, т.е. содержат один первичный измерительный преобразователь. Спектральная характеристика такого преобразователя является неравномерной, что приводит к разной погрешности измерения на разных длинах волн и может быть существенной в области малой спектральной чувствительности. Известные устройства классифицируются в зависимости от диаметра лазерного пучка: каждое отдельно взятое такое устройство не позволяет перекрыть широкий диапазон диаметров пучка из-за неравномерной зонной характеристики, что приводит к большей погрешности измерений.A device is known for measuring the energy of laser pulses using photoelectric and pyroelectric primary measuring transducers manufactured by Ophir Optronics Solutions Ltd [website www.ophiropt.com/laser-measurement. The catalog of power and energy meters "OPHIR"], adopted as a prototype, which allow the measurement of laser beam energy in a wide range of its changes. However, the energy sensors offered by the company (Energy Sensors) do not contain information for measuring nano-, pico-, and femtosecond pulses; in addition, they use one channel for measuring energy, i.e. contain one primary measuring transducer. The spectral characteristic of such a transducer is uneven, which leads to different measurement errors at different wavelengths and can be significant in the region of low spectral sensitivity. Known devices are classified depending on the diameter of the laser beam: each separately taken such device does not allow to cover a wide range of beam diameters due to uneven band characteristics, which leads to a larger measurement error.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в создании высокоточного многоканального устройства измерения энергии лазерных импульсов в расширенном спектральном диапазоне, при этом результат измерения слабо зависит от диаметра лазерного пучка в широком диапазоне его изменения (4-40) мм, места попадания пучка на вход устройства (точность юстировки), вида пространственного распределения интенсивности лазерного пучка.The technical problem solved by the claimed invention is to create a high-precision multi-channel device for measuring the energy of laser pulses in an extended spectral range, while the measurement result is weakly dependent on the diameter of the laser beam in a wide range of its variation (4-40) mm, the place where the beam hits the input of the device (alignment accuracy), the type of spatial distribution of the laser beam intensity.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении точности измерения энергии лазерных импульсов в расширенном спектральном диапазоне вне зависимости от диаметра пучка, места его попадания на вход устройства и от вида пространственного распределения интенсивности лазерного пучка, при этом погрешность измерения энергии за счет зонной характеристики устройства не превышает 1%. Заявляемое устройство позволяет проводить измерения энергии коротких лазерных импульсов в широком диапазоне диаметров лазерного пучка.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to increase the accuracy of measuring the energy of laser pulses in an extended spectral range, regardless of the diameter of the beam, its location at the input of the device and the type of spatial distribution of the intensity of the laser beam, while the error of energy measurement due to the zone device characteristics do not exceed 1%. The inventive device allows energy measurements of short laser pulses in a wide range of laser beam diameters.

Достижение технического результата обеспечивается предложенным высокоточным многоканальным устройством для измерения энергии коротких лазерных импульсов, содержащим диффузный формирователь равномерного распределения интенсивности (ФРРИ), включающий соосно расположенные по ходу лазерного излучения двояковогнутую линзу, диффузно пропускающую выпукло-вогнутую линзу из молочного стекла, закрепленную на входном окне полого фотометрического цилиндра (ФМЦ), выполненного из металла, внутренняя поверхность которого покрыта диффузно отражающим покрытием, и диффузно пропускающую пластину из молочного стекла, закрепленную на выходном окне ФРРИ, в центральной части которого размещен вход световолоконного коллектора, представляющего собой светопроводы, содержащие по меньшей мере два оптических волокна, заключенных во входную оправу, установленную на выходе ФРРИ в центральной его части, и в выходные оправы, разветвляющие оптический поток излучения по крайней мере на два канала для измерения энергии излучения на разных длинах волн, для чего на выходах световолоконного коллектора расположены спектральные фильтры и нейтральные ослабители, согласованные по спектру и уровню оптического сигнала с характеристиками соответствующих фотодиодов, переключаемых с помощью коммутатора, а также измерительно-вычислительный блок, включающий интегрирующее устройство, усилитель, пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и индикатор.The achievement of the technical result is ensured by the proposed high-precision multi-channel device for measuring the energy of short laser pulses, containing a diffuse uniform intensity distribution shaper (FRRI), including a biconcave lens coaxially located along the laser radiation, diffusely transmitting a convex-concave milk glass lens mounted on the entrance window of a hollow a photometric cylinder (PMC) made of metal, the inner surface of which is diffusely coated a pressing coating, and a diffusely transmitting plate of milk glass, mounted on the exit window of the FRRI, in the central part of which is located the entrance of the fiber optic collector, which is optical fibers containing at least two optical fibers enclosed in an input frame installed at the exit of the FRRI in its central parts, and into output frames, branching the optical radiation flux into at least two channels for measuring the radiation energy at different wavelengths, for which the outputs of the fiber optic projector of arranged spectral filters and neutral attenuators agreed over the spectrum and level of an optical signal with the characteristics of the respective photodiodes, switchable via a switch, and the measuring and computing unit, comprising: an integrator, an amplifier, a peak detector, an analog-digital converter, a microprocessor and indicator lights.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является создание нескольких измерительных каналов, оптимальных по спектральной чувствительности к различным длинам волн и формированием для измерения энергии равномерного распределения интенсивности с известными метрологическими характеристиками.A distinctive feature of the proposed device is the creation of several measuring channels that are optimal in spectral sensitivity to different wavelengths and the formation of a uniform intensity distribution with known metrological characteristics for measuring energy.

Предлагаемое устройство содержит:The proposed device contains:

- пассивный формирователь равномерного распределения интенсивности (ФРРИ) лазерного пучка, состоящий из двояковогнутой линзы, выполненной, например, из оптического стекла К-8, диффузно пропускающей выпукло-вогнутой линзы, выполненной, например, из молочного стекла МС-23, фотометрического цилиндра (ФМЦ), выполненного, например, из металла, например, из дюралюминиевого сплава Д 16, внутренняя поверхность которого покрыта диффузно отражающим материалом, например светотехнической эмалью марки АК-243, диффузно пропускающей пластины из молочного стекла, например МС-23;- passive shaper of uniform intensity distribution (FRRI) of the laser beam, consisting of a biconcave lens made, for example, of K-8 optical glass, diffusely transmitting a convex-concave lens, made of, for example, milk glass MS-23, a photometric cylinder (FMC ), made, for example, of metal, for example, of duralumin alloy D 16, the inner surface of which is coated with diffusely reflecting material, for example, AK-243 lighting enamel, diffusely passing a plate of milk flowing, for example MS-23;

- световолоконный коллектор, представляющий собой светопроводы, содержащие по меньшей мере два оптических волокона, заключенных во входную оправу, установленную на выходе ФРРИ в центральной его части и в выходные оправы, установленные на входе спектральных фильтров;- fiber optic collector, which is a light guide containing at least two optical fibers enclosed in an input frame installed at the output of the FRRI in its central part and in the output frames installed at the input of the spectral filters;

- спектральные фильтры, например, из стекла ЗС-11 и ИКС-1 и нейтральные ослабители, например, из стекла НС-3, согласованные по спектру и уровню оптического сигнала для работы на выбранных длинах волн 0,532 и 1,064 мкм соответственно с фотодиодами G8370 и S2386, переключаемыми с помощью коммутатора;- spectral filters, for example, from ZS-11 and IKS-1 glass and neutral attenuators, for example, from NS-3 glass, matched by the spectrum and level of the optical signal for operation at selected wavelengths of 0.532 and 1.064 μm, respectively, with photodiodes G8370 and S2386 switchable using a switch;

- измерительно-вычислительный блок, содержащий интегрирующее устройство, выполняющее функцию преобразования импульса тока с выхода соответствующего фотодиода в импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна энергии излучения на входе фотодиода, усилитель напряжения с переменным коэффициентом усиления, определяемым величиной значения энергии лазерного излучения для создания необходимого уровня электрического сигнала для работы пикового детектора, пиковый детектор для запоминания и хранения информации о значении пиковой амплитуды импульса, аналого-цифровой преобразователь для преобразования электрических сигналов пикового детектора в цифровую информацию, микропроцессор, в котором посредством специально разработанного программного обеспечения, путем программной аппроксимации характеристик преобразования фотодиодов методом наименьших квадратов снижается нелинейность упомянутой характеристики до уровня 0,5-0,7% в диапазоне двух-трех десятичных порядков изменения энергии, индикатор для визуализации результатов измерений.- a measuring and computing unit containing an integrating device that performs the function of converting the current pulse from the output of the corresponding photodiode to a voltage pulse, the amplitude of which is proportional to the radiation energy at the input of the photodiode, a voltage amplifier with a variable gain determined by the value of the laser radiation energy to create the necessary level of electric radiation signal for peak detector operation; peak detector for storing and storing information on the peak value a pulse amplitudes, an analog-to-digital converter for converting the electrical signals of the peak detector to digital information, a microprocessor in which, using specially developed software, by software approximation of the conversion characteristics of photodiodes by the least squares method, the non-linearity of the mentioned characteristic is reduced to the level of 0.5-0.7% in the range of two to three decimal orders of energy change, an indicator for visualizing the measurement results.

ФРРИ представляет собой пассивный формирователь равномерного распределения интенсивности лазерного пучка, в котором осуществляется выравнивание распределения интенсивности за счет многократных диффузных отражений излучения от внутренней поверхности ФМЦ и его прохождения через диффузно пропускающую пластину.FRRI is a passive shaper of the uniform distribution of the laser beam intensity, in which the intensity distribution is equalized due to multiple diffuse reflections of radiation from the inner surface of the PMC and its passage through the diffusely transmitting plate.

Параметры двояковогнутой линзы и ее расположение обеспечивают полную засветку диффузно пропускающей линзы и ФМЦ, улучшающую выравнивание распределения интенсивности. Выпукло-вогнутая форма диффузно пропускающей линзы обеспечивает выравнивание распределения интенсивности на краях за счет более интенсивного поглощения в центре и создания условий более эффективного использования ФМЦ. Диффузно пропускающая пластина на выходе ФМЦ позволяет осуществить дополнительное выравнивание распределения.The parameters of the biconcave lens and its location provide full illumination of the diffusely transmitting lens and PMC, which improves the alignment of the intensity distribution. The convex-concave shape of the diffusely transmitting lens provides equalization of the intensity distribution at the edges due to more intense absorption in the center and the creation of conditions for more efficient use of PMTs. The diffusely transmitting plate at the output of the PMC allows for additional equalization of the distribution.

Наличие равномерного распределения интенсивности позволяет уменьшить влияние зонной характеристики устройства и повысить точность измерения энергии.The presence of a uniform intensity distribution can reduce the influence of the band characteristics of the device and increase the accuracy of energy measurement.

Наличие световолоконного коллектора позволяет реализовать многоканальное устройство измерений. Наличие отдельных каналов для измерения энергии на двух и более длинах волн дает возможность использовать в качестве первичных преобразователей излучения фотодиоды, имеющие высокую спектральную чувствительность на оптимальной для каждого фотодиода длине волны, и тем самым обеспечить независимую регулировку чувствительности каналов и расширить их динамический диапазон, что повышает точность измерения энергии.The presence of a fiber optic collector allows the implementation of a multi-channel measurement device. The presence of separate channels for measuring energy at two or more wavelengths makes it possible to use photodiodes as primary radiation converters with high spectral sensitivity at the optimal wavelength for each photodiode, and thereby provide independent adjustment of the sensitivity of the channels and expand their dynamic range, which increases accuracy of energy measurement.

Возможность снятия одинакового оптического сигнала для всех измерительных каналов с одной и той же центральной части ФРРИ, где равномерность распределения интенсивности наибольшая, позволяет повысить точность измерения энергии.The ability to remove the same optical signal for all measuring channels from the same central part of the FRRI, where the uniformity of the intensity distribution is greatest, allows you to increase the accuracy of energy measurement.

Световолоконный коллектор обеспечивает уменьшение влияния электромагнитной помехи во время импульса на работу устройства за счет конструктивного вынесения фотодиодов из тракта прямого лазерного излучения, что повышает точность измерения энергии.The fiber-optic collector reduces the influence of electromagnetic interference during the pulse on the operation of the device due to the constructive removal of photodiodes from the direct laser radiation path, which increases the accuracy of energy measurement.

Спектральные фильтры обеспечивают подавление принимаемого излучения на паразитных длинах волн, а нейтральные ослабители - согласование уровня принимаемого сигнала с характеристиками линейности фотодиодов. Схема заявляемого устройства для измерения энергии лазерных импульсов в предпочтительном варианте его осуществления представлена на Фиг. 1. Устройство представляет собой измерительный преобразователь, в состав которого входит ФРРИ 1, содержащий соосно расположенные по ходу лазерного излучения двояковогнутую линзу 2, изготовленную из оптического стекла К-8, диффузно пропускающую выпукло-вогнутую линзу 3 из молочного стекла МС-23, закрепленную на входном окне полого ФМЦ 4, выполненного из дюралюминиевого сплава Д 16 с внутренней поверхностью 5, покрытой светотехнической эмалью АК 243, и диффузно пропускающую пластину 6, изготовленную из молочного стекла МС-23, закрепленную на выходном окне ФМЦ, световолоконный коллектор 8, представляет собой светопроводы, содержащие по меньшей мере два оптических волокна 9, заключенных во входную оправу 7, помещенную в центральную часть выходного окна ФМЦ, и в выходные оправы 10, разветвляющие оптический поток излучения на два канала для измерения энергии на длинах волн 0,532 и 1,064 мкм, содержащие спектральные фильтры 11 и 14, нейтральные ослабители 12 и 15 и фотодиоды 13 G8370 и 16 S2386 соответственно, коммутатор 17, измерительно-вычислительный блок 24 включает интегрирующее устройство 18, усилитель 19, пиковый детектор 20, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 21, микропроцессор 22 и индикатор 23.Spectral filters provide suppression of received radiation at spurious wavelengths, and neutral attenuators - matching the level of the received signal with the linearity characteristics of the photodiodes. A diagram of the inventive device for measuring laser pulse energy in a preferred embodiment is shown in FIG. 1. The device is a measuring transducer, which includes FRRI 1, containing a biconcave lens 2 coaxially located along the laser radiation, made of K-8 optical glass, diffusely transmitting a convex-concave lens 3 of milk glass MS-23, mounted on the entrance window of the hollow FMC 4 made of duralumin alloy D 16 with an inner surface 5 coated with AK 243 lighting enamel and diffusely transmitting plate 6 made of milk glass MS-23, fixed to the exit The PMC window, the fiber optic collector 8, is a light guide containing at least two optical fibers 9 enclosed in an input frame 7 placed in the central part of the output window of the PMC and in the output frames 10 branching the optical radiation flux into two measurement channels energy at wavelengths of 0.532 and 1.064 μm, containing spectral filters 11 and 14, neutral attenuators 12 and 15 and photodiodes 13 G8370 and 16 S2386, respectively, switch 17, measuring and computing unit 24 includes an integrating device 18, amplifier 19 , peak detector 20, analog-to-digital converter (ADC) 21, microprocessor 22 and indicator 23.

На Фиг. 2 представлена зонная характеристика устройства, характеризующая неравномерность его чувствительности h(n), представляющая зависимость отношения измеряемой энергии на выходе устройства к энергии лазера в зависимости от пяти мест попадания лазерного пучка диаметром 5 мм на ФРРИ, имеющего диаметр входной апертуры ≈25 мм: 1 - центральная часть ФРРИ; 2- справа от центральной части ФРРИ; 3 - слева от центральной части ФРРИ; 4 - сверху от центральной части ФРРИ; 5 - снизу от центральной части ФРРИ. Как следует из Фиг. 2, погрешность измерения энергии за счет зонной характеристики устройства не превышает 1%.In FIG. Figure 2 shows the band characteristic of the device, characterizing the non-uniformity of its sensitivity h (n), which represents the dependence of the ratio of the measured energy at the output of the device to the laser energy, depending on the five points of impact of a laser beam with a diameter of 5 mm on an RFID having an input aperture diameter of ≈25 mm: 1 - central part of FRRI; 2- to the right of the central part of FRRI; 3 - to the left of the central part of FRRI; 4 - above the central part of FRRI; 5 - below the central part of FRRI. As follows from FIG. 2, the error of energy measurement due to the zone characteristics of the device does not exceed 1%.

Устройство работает следующим образом. Излучение лазера поступает по нормали на центр двояковогнутой линзы 2 ФРРИ 1, полностью засвечивающуей диффузно пропускающую выпукло-вогнутую линзу 3, проходя которую распределяется внутри ФМЦ 4 по закону, близкому к закону Ламберта. Часть излучения достигает диффузно пропускающей пластины 6 без отражения от внутренней поверхности 5 полого ФМЦ 4, а другая часть - после многократных отражений от его внутренней поверхности. Поскольку внутренняя поверхность цилиндра выполнена их диффузно отражающего материала, то в каждой ее точке излучение также будет распределяться по закону Ламберта. В результате на входе диффузно пропускающей пластины 6 формируется распределение интенсивности, близкое к равномерному. Диффузно пропускающая пластина 6 осуществляет дополнительное выравнивание распределения. Световолоконный коллектор 8, входная оправа 7 которого закреплена в центральной части диффузно пропускающей пластины 6 ФРРИ 1, осуществляет разветвление лазерного пучка с равномерным распределением интенсивности на два канала с возможностью измерения энергии на длинах волн 0,532 мкм и 1,064 мкм. Для каждого из каналов излучение через волокна 9 световолоконного коллектора 8, заключенные в выходные оправы 10, проходит через спектральные фильтры 11 и 14, нейтральные ослабители 12 и 15, на фотодиоды 13 или 16, характеристики которых согласованы по спектру и уровню энергии с параметрами входного излучения. Подключение соответствующего фотодиода осуществляется с помощью коммутатора 17.The device operates as follows. The laser radiation is incident normally to the center of the biconcave lens 2 of FRRI 1, which completely illuminates the diffusely transmitting convex-concave lens 3, passing through which is distributed inside FMC 4 according to a law close to Lambert's law. Part of the radiation reaches the diffusely transmitting plate 6 without reflection from the inner surface 5 of the hollow PMC 4, and the other part after multiple reflections from its inner surface. Since the inner surface of the cylinder is made of their diffusely reflecting material, then at each of its points the radiation will also be distributed according to Lambert's law. As a result, an intensity distribution close to uniform is formed at the input of the diffusely transmitting plate 6. Diffuse transmission plate 6 provides additional equalization of the distribution. The fiber optic collector 8, the input frame 7 of which is fixed in the central part of the diffuse transmission plate 6 of FRRI 1, branches the laser beam with a uniform intensity distribution into two channels with the possibility of measuring energy at wavelengths of 0.532 μm and 1.064 μm. For each channel, the radiation through the fibers 9 of the fiber optic collector 8 enclosed in the output frames 10 passes through spectral filters 11 and 14, neutral attenuators 12 and 15, to photodiodes 13 or 16, the characteristics of which are consistent in spectrum and energy level with the parameters of the input radiation . The corresponding photodiode is connected using the switch 17.

Поступающее на фотодиод импульсное лазерное излучение преобразуется в импульс тока. Импульс тока фотодиода поступает на интегрирующее устройство 18 измерительно-вычислительного блока 24, преобразующее его в импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна энергии излучения на входе фотодиода. Импульс напряжения с выхода интегрирующего устройства через усилитель 19 поступает на вход пикового детектора 20, который «запоминает» и «хранит» информацию о значении пиковой амплитуды этого импульса в течение времени (~100 мкс), необходимого для его измерения и регистрации. Благодаря этому устройство позволяет проводить измерение энергии как одиночного импульса, так и последовательности лазерных импульсов с частотой следования до 103-104 Гц.The pulsed laser radiation arriving at the photodiode is converted into a current pulse. The current pulse of the photodiode is supplied to the integrating device 18 of the measuring and computing unit 24, converting it into a voltage pulse, the amplitude of which is proportional to the radiation energy at the input of the photodiode. The voltage pulse from the output of the integrating device through the amplifier 19 is fed to the input of the peak detector 20, which "remembers" and "stores" information about the value of the peak amplitude of this pulse for the time (~ 100 μs) necessary for its measurement and registration. Due to this, the device allows the measurement of energy as a single pulse, and a sequence of laser pulses with a repetition rate of up to 10 3 -10 4 Hz.

С выхода пикового детектора сигнал поступает на АЦП 21, где преобразуется в цифровую информацию. Оцифрованный сигнал от АЦП 21 поступает на микропроцессор 22. Микропроцессор считывает данные во внутреннюю память для последующей обработки и формирования сигналов для визуализации на индикаторе 23.From the output of the peak detector, the signal is fed to the ADC 21, where it is converted into digital information. The digitized signal from the ADC 21 is fed to the microprocessor 22. The microprocessor reads the data into the internal memory for subsequent processing and generation of signals for visualization on the indicator 23.

Хотя настоящее изобретение описано здесь на примере конкретного варианта его осуществления, для специалистов будут ясны возможности многочисленных модификаций данного изобретения, не выходящие за границы объема его правовой охраны, определяемого прилагаемой формулой.Although the present invention is described here by way of example of a specific embodiment, it will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications of the invention will be possible without departing from the scope of its legal protection as defined by the attached claims.

Claims (1)

Высокоточное многоканальное устройство для измерения энергии коротких лазерных импульсов, включающее измерительно-вычислительный блок, отличающееся тем, что устройство содержит диффузный формирователь равномерного распределения интенсивности (ФРРИ), включающий соосно расположенные по ходу лазерного излучения двояковогнутую линзу, диффузно пропускающую выпукло-вогнутую линзу из молочного стекла, закрепленную на входном окне полого фотометрического цилиндра, выполненного из металла, внутренняя поверхность которого покрыта диффузно отражающим покрытием, и диффузно пропускающую пластину из молочного стекла, закрепленную на выходном окне ФРРИ, в центральной части которого размещен вход световолоконного коллектора, представляющего собой светопроводы, содержащие по меньшей мере два оптических волокна, заключенных во входную оправу, установленную на выходе ФРРИ в центральной его части, и в выходные оправы, разветвляющие оптический поток излучения по крайней мере на два канала для измерения энергии излучения на разных длинах волн, для чего на выходах световолоконного коллектора расположены спектральные фильтры и нейтральные ослабители, согласованные по спектру и уровню оптического сигнала с характеристиками соответствующих фотодиодов, переключаемых с помощью коммутатора, а измерительно-вычислительный блок включает интегрирующее устройство, усилитель, пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и индикатор.A high-precision multi-channel device for measuring the energy of short laser pulses, including a measuring and computing unit, characterized in that the device contains a diffuse generator of uniform intensity distribution (FRRI), including a biconcave lens coaxially located along the laser radiation, diffusely transmitting a convex-concave milk glass lens mounted on the entrance window of a hollow photometric cylinder made of metal, the inner surface of which is covered with diffusion about a reflective coating, and a diffusely transmitting plate of milk glass mounted on the exit window of the FRRI, in the central part of which is located the entrance of the fiber optic collector, which is a light guide containing at least two optical fibers enclosed in an input frame installed at the exit of the FRRI in the central parts of it, and into output frames, branching the optical radiation flux into at least two channels for measuring the radiation energy at different wavelengths, for which purpose at the outputs of the optical fiber The collector contains spectral filters and neutral attenuators, matched according to the spectrum and level of the optical signal with the characteristics of the corresponding photodiodes switched using a switch, and the measuring and computing unit includes an integrating device, an amplifier, a peak detector, an analog-to-digital converter, a microprocessor, and an indicator.
RU2016101669A 2016-01-20 2016-01-20 High-speed multichannel device for energy measuring short laser pulses RU2626315C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016101669A RU2626315C2 (en) 2016-01-20 2016-01-20 High-speed multichannel device for energy measuring short laser pulses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016101669A RU2626315C2 (en) 2016-01-20 2016-01-20 High-speed multichannel device for energy measuring short laser pulses

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016101669A RU2016101669A (en) 2017-07-24
RU2626315C2 true RU2626315C2 (en) 2017-07-25

Family

ID=59495695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016101669A RU2626315C2 (en) 2016-01-20 2016-01-20 High-speed multichannel device for energy measuring short laser pulses

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626315C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761890C1 (en) * 2020-12-17 2021-12-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for measuring peak values
RU2800721C1 (en) * 2022-08-16 2023-07-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) Device for measuring the energy of laser pulses

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4242581A (en) * 1979-03-01 1980-12-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Laser energy monitor
SU1717973A1 (en) * 1989-08-01 1992-03-07 Научно-Технический Кооператив "Хронограф" Device for measuring power of transmitted laser radiation
EP1865299A1 (en) * 2006-06-06 2007-12-12 Hartmut Schröder Method and device for fs laser pulse characterization
RU2381461C1 (en) * 2008-07-31 2010-02-10 Закрытое Акционерное Общество "БИОСПЕК" Laser radiation power metre

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4242581A (en) * 1979-03-01 1980-12-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Laser energy monitor
SU1717973A1 (en) * 1989-08-01 1992-03-07 Научно-Технический Кооператив "Хронограф" Device for measuring power of transmitted laser radiation
EP1865299A1 (en) * 2006-06-06 2007-12-12 Hartmut Schröder Method and device for fs laser pulse characterization
RU2381461C1 (en) * 2008-07-31 2010-02-10 Закрытое Акционерное Общество "БИОСПЕК" Laser radiation power metre

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761890C1 (en) * 2020-12-17 2021-12-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for measuring peak values
RU2800721C1 (en) * 2022-08-16 2023-07-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) Device for measuring the energy of laser pulses

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016101669A (en) 2017-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2244060T3 (en) DISTRIBUTED DETECTION SYSTEM.
JP2020159973A5 (en)
US4904088A (en) Method and apparatus for determining radiation wavelengths and wavelength-corrected radiation power of monochromatic light sources
CN102322948A (en) Calibration method of response ratio parameter of infrared detector
US4801205A (en) Particle size measuring apparatus
AU592889B2 (en) Method of measuring the refractive index profile of optical fibers
CN107356854A (en) The light intensity caliberating device and method of single photon photoelectric device
CN107607201A (en) A kind of spuious light measurement system of imaging spectrometer spectrum
CN110500963A (en) Optical detecting device and method of optically measuring
US4222667A (en) Fizeau fringe light evaluator and method
US3817633A (en) Spectroradiometric apparatus and method for measuring radiation
RU2626315C2 (en) High-speed multichannel device for energy measuring short laser pulses
CN106908144B (en) A kind of ultraweak starlight illumination measuring device and method
CN108760047A (en) A kind of photoelectric detecting system Larger Dynamic range response linear measuring assembly
RU2587690C1 (en) Device for measuring energy of high-power nano- and picosecond laser pulses
RU2591273C1 (en) Multichannel device for measuring energy of powerful nano- and picosecond laser pulses
RU2594634C1 (en) Multichannel device for measuring energy of powerful nano-and picosecond transmission-type laser pulses
JPS5970944A (en) Apparatus for measuring particle diameter
RU2626064C1 (en) Secondary standard of laser radiation energy unit for calibration and inspection of laser joulemeters
RU2634370C1 (en) Secondary reference standard of laser emission energy unit for laser joulemeter calibration and checkout within extended spectral range
RU2605786C1 (en) Large aperture device for measuring energy of high-intensity nano-and picosecond laser pulses
RU2593918C1 (en) Device for measuring energy of powerful nano- and picosecond transmission-type laser pulses
RU2672036C1 (en) Method of measuring the thickness of coating in the process of plasma-electrolytic oxidation and the device for its implementation
RU2366909C1 (en) Multichannel device for measurement of pyrometric characteristics
JP2015212688A (en) Light irradiation device and method for measuring light transmission characteristic