RU2301973C1

RU2301973C1 - Method and device for measurement laser oscillator light pulse energy

Info

Publication number: RU2301973C1
Application number: RU2006101855/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Павлович Барков (RU); Валерий Павлович Барков; Владимир Михайлович Мурашев (RU); Владимир Михайлович Мурашев; Ольга Николаевна Романенко (RU); Ольга Николаевна Романенко; Константин Николаевич Свиридов (RU); Константин Николаевич Свиридов; Олег Руфович Чередников (RU); Олег Руфович Чередников
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика"
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-06-27

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: method is based upon creation of excess pressure in closed space of fluid by means making influence onto fluid by light pulse to be measured. Continuous light radiation reference beam is formed in closed area before making influence. Value of energy of light pulse of laser oscillator is judged from value of shift of refracted beam of reference light radiation depending on direction of its transmission. Device has air-proof container filled with fluid. Device has wall made in form of membrane, member for receive of light pulse and light pulse energy registrar. Besides it is provided with continuous laser radiation generator, two optically transparent plates. Member for receive of light pulse is mounted along center of membrane.

EFFECT: accelerated process of measurement; simplified realization.

5 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области приборостроения и может быть использовано в квантовой физике для измерения энергии лазерного излучения.The proposed technical solution relates to the field of instrumentation and can be used in quantum physics to measure the energy of laser radiation.

Известен измеритель мощности излучения лазера, содержащий два крутильных маятника с пластинами, расположенными в камере, и индикаторное устройство, см. а.с. СССР № 581181, МПК G01J 5/34, 1973 г.A known laser radiation power meter containing two torsion pendulums with plates located in the chamber, and an indicator device, see.with. USSR No. 581181, IPC G01J 5/34, 1973

Известен измеритель энергии оптического квантового генератора, содержащий приемный элемент, датчик давления излучения и регистратор, см. а.с. СССР № 596047, МПК G01J 5/46, 1976 г.A known energy meter of an optical quantum generator containing a receiving element, a radiation pressure sensor and a recorder, see.with. USSR No. 596047, IPC G01J 5/46, 1976

Недостатком вышеприведенных решений является пониженная чувствительность используемых конструкций.The disadvantage of the above solutions is the reduced sensitivity of the structures used.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предложенному является способ измерения энергии светового импульса лазерного генератора, основанный на создании избыточного давления в замкнутом объеме жидкости путем воздействия на последнюю измеряемым световым импульсом, а.с. СССР № 797330, МПК G01J 5/34, 07.06.84 г., Бюл. № 21.The closest technical solution (prototype) to the proposed one is a method of measuring the energy of a light pulse of a laser generator, based on the creation of excess pressure in a closed volume of liquid by acting on the last measured light pulse, as USSR No. 797330, IPC G01J 5/34, 07/07/84, Bull. Number 21.

Устройство для измерения энергии светового импульса лазерного генератора содержит заполненную жидкостью герметичную емкость (механотрон) с подвижной стенкой в виде мембраны, элемент для приема светового импульса и регистратор энергии светового импульса.A device for measuring the energy of a light pulse of a laser generator contains a sealed container filled with liquid (mechatronic) with a movable wall in the form of a membrane, an element for receiving a light pulse, and a light pulse energy recorder.

Недостатком данного технического решения является сложность и длительность процесса реализации, обусловленные спецификой обработки информации при измерении энергии светового импульса.The disadvantage of this technical solution is the complexity and duration of the implementation process, due to the specifics of information processing when measuring the energy of a light pulse.

Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в ускорении и упрощении реализации способа.The technical result from the use of the proposed technical solution is to accelerate and simplify the implementation of the method.

В соответствии с предлагаемым техническим решением вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе измерения энергии светового импульса лазерного генератора, основанном на создании избыточного давления в замкнутом объеме жидкости путем воздействия на последнюю измеряемым световым импульсом, перед воздействием измеряемым световым импульсом на жидкость в замкнутом объеме, формируют узконаправленный опорный пучок непрерывного светового излучения, пропускают его через оптически прозрачный замкнутый объем, с коэффициентом преломления, отличным от единицы, и с переменным углом клиновидности, пропорциональным величине давления внутри объема, в направлении, поперечном направлению пропускания опорного пучка, а после создания в замкнутом объеме жидкости избыточного давления, подают его внутрь оптически прозрачного замкнутого объема, и по величине смещения преломленного пучка опорного светового излучения, прошедшего через оптически прозрачный замкнутый объем после подачи в него избыточного давления, от направления его пропускания судят о величине энергии светового импульса лазерного генератора.In accordance with the proposed technical solution, the above technical result is achieved by the fact that in the method for measuring the energy of the light pulse of a laser generator, based on the creation of excess pressure in a closed volume of liquid by acting on the last measured light pulse, before the measured light pulse affects the liquid in a closed volume, form a narrowly directed reference beam of continuous light radiation, pass it through an optically transparent closed volume, with a coefficient by a refractive index different from unity, and with a variable wedge angle proportional to the pressure inside the volume, in the direction transverse to the direction of transmission of the reference beam, and after creating excess pressure in the closed volume of the liquid, it is fed into the optically transparent closed volume, and by the amount of displacement of the refracted reference light beam passing through an optically transparent closed volume after applying excess pressure to it, from the direction of its transmission judge the value nergii laser light pulse generator.

Устройство для измерения энергии светового импульса лазерного генератора, содержащее заполненную жидкостью герметичную емкость с подвижной стенкой в виде мембраны, элемент для приема светового импульса и регистратор энергии светового импульса, снабжено генератором непрерывного лазерного излучения, двумя оптически прозрачными пластинами, герметично связанными по периметру боковых сторон упругоэластичным элементом, при этом элемент для приема светового импульса установлен по центру мембраны, одна из оптически прозрачных пластин установлена с возможностью наклона и подпружинена в сторону второй пластины, полость между пластинами заполнена прозрачной жидкостью и гидравлически связана с герметичной емкостью, а генератор непрерывного лазерного излучения оптически сопряжен с регистратором энергии светового импульса через оптически прозрачные пластины.A device for measuring the energy of the light pulse of a laser generator, containing a sealed container filled with liquid with a movable wall in the form of a membrane, an element for receiving a light pulse and a light pulse energy recorder, is equipped with a continuous laser generator, two optically transparent plates, hermetically connected elastically elastic along the perimeter of the sides element, while the element for receiving a light pulse is installed in the center of the membrane, one of the optically transparent plates anovlena swingably and spring-loaded in the direction of the second plate, the cavity between the plates is filled with a transparent liquid and hydraulically connected with the airtight container, and a continuous laser generator optically coupled to the light pulse energy registrar through an optically transparent plate.

Кроме того, регистратор энергии светового импульса выполнен в виде координатно-фоточувствительного датчика.In addition, the light pulse energy recorder is made in the form of a coordinate-photosensitive sensor.

Кроме того, устройство снабжено регулировочным резьбовым элементом, ввинченным в оправу одной из пластин, и взаимодействующим своим концом с оправой второй пластины.In addition, the device is equipped with an adjusting threaded element screwed into the frame of one of the plates, and interacting with its end with the frame of the second plate.

Устройство для измерения энергии светового импульса (см. чертеж) содержит генератор непрерывного лазерного излучения - 1, на выходе которого установлена диафрагма - 2 для получения узконаправленного опорного пучка - 1 непрерывного светового излучения. На оптической оси генератора - 1 за диафрагмой - 2 размещены плоские оптически прозрачные пластины - 3 и 4 в оправах - 5 и 6.A device for measuring the energy of a light pulse (see drawing) contains a continuous laser radiation generator - 1, at the output of which a diaphragm - 2 is installed to obtain a narrowly directed reference beam - 1 of continuous light radiation. On the optical axis of the generator - 1 behind the diaphragm - 2 there are flat optically transparent plates - 3 and 4 in the frames - 5 and 6.

Пластины - 3 и 4 по периметру своих боковых сторон герметично связаны упругоэластичным элементом - 7, выполненным, например, в виде сильфона, причем пластина - 3 неподвижно установлена в корпусе - 8, а пластина - 4 смонтирована с возможностью наклона (оправа пластины - 4 установлена на поворотной оси - 9) и подпружинена в сторону пластины - 3 пружиной - 10, связывающей оправы - 5 и 6. Для установки нулевого положения в устройстве предусмотрен регулировочный резьбовой элемент - 11, ввинченный в оправу - 6 и взаимодействующий своим концом с оправой - 5. Герметичная полость между пластинами - 3 и 4 заполнена иммерсионной жидкостью - 12 (для образования оптически прозрачного объема с коэффициентом преломления, отличным от единицы, и с переменным углом клиновидности, пропорциональным величине давления внутри объема, в направлении, поперечным распространению пучка - 1), и гидравлически связана с герметичной емкостью (замкнутым объемом) - 13, заполненной жидкой фракцией - 14 (в качестве жидкой фракции может служить как иммерсионная жидкость, так и другой компонент, при условии установки разделительной мембраны в гидравлической связи - 18 на месте ее выхода из емкости - 13). Одна из стенок емкости - 13 выполнена в виде подвижной мембраны - 15 с элементом - 16 в ее центральной части для приема измеряемого светового импульса. В качестве регистратора энергии светового импульса в предлагаемом устройстве служит координатно-фоточувствительный датчик - 17, оптически сопряженный через пластины - 3, 4 и диафрагму - 2 с генератором - 1.Plates - 3 and 4 along the perimeter of their sides are hermetically connected by an elastic element - 7, made, for example, in the form of a bellows, and the plate - 3 is fixedly mounted in the housing - 8, and the plate - 4 is mounted with the possibility of tilt (the frame of the plate - 4 is installed on the rotary axis - 9) and spring-loaded in the direction of the plate - 3 with a spring - 10, the connecting frames - 5 and 6. To set the zero position, the device has an adjusting threaded element - 11, screwed into the frame - 6 and interacting with its end with the frame - 5 Germeti the cavity between the plates 3 and 4 is filled with immersion liquid 12 (for the formation of an optically transparent volume with a refractive index different from unity and with a variable wedge angle proportional to the pressure inside the volume in the direction transverse to the beam propagation - 1), and hydraulically connected to a sealed container (closed volume) - 13, filled with a liquid fraction - 14 (both immersion liquid and another component can serve as a liquid fraction, provided that a separation membrane is installed hydraulic wounds - 18 at the place of its exit from the tank - 13). One of the walls of the tank - 13 is made in the form of a movable membrane - 15 with an element - 16 in its central part for receiving the measured light pulse. As the recorder of the energy of the light pulse in the proposed device is a coordinate-photosensitive sensor - 17, optically coupled through a plate - 3, 4 and aperture - 2 with a generator - 1.

Измерение энергии светового импульса по приведенной схеме осуществляется следующим образом.The energy measurement of the light pulse according to the above scheme is as follows.

С помощью генератора непрерывного лазерного излучения - 1 и диафрагмы - 2 формируют узконаправленный опорный световой пучок - 1, который пропускают через оптически прозрачный замкнутый объем (пластина - 3, иммерсионная жидкость - 12 и платина - 4) и подают в центральную часть приемной площадки координатно-фоточувствительного датчика - 17. Затем формируют измеряемый импульс светового излучения лазерного генератора (с энергией ΔР) и подают его в центральную область элемента - 16. Кинетическая энергия импульса преобразуется в потенциальную энергию упругодеформируемой диафрагму - 15 (показано пунктиром), создавая избыточное давление жидкости - 14 внутри емкости (объема) - 13. Посредством гидравлической связи - 18 избыточное давление из емкости - 13 передают в герметичную полость между пластинами - 3 и 4. При этом подвижная пластина - 4 под действием избыточного давления разворачивается вокруг оси - 9 и ее дальний от оси - 9 конец перемещается на величину ΔL (показано пунктиром). В результате поворота пластины - 4 оптически прозрачный замкнутый объем (пластина - 3, иммерсионная жидкость - 12 и пластина - 4) принимает клиновидную форму в направлении, поперечном распространению пучка - 1. Последний, пройдя через оптическую среду клиновидной формы, преломляется и после выхода из пластины - 4 отклонится и займет положение - 1. Максимальное линейное отклонение ΔА преломленного пучка фиксируют в координатно-фоточувствительном датчике - 17, по величине которого судят об энергетике светового импульса лазерного генератора.Using a continuous laser radiation generator - 1 and aperture - 2, a narrowly directed reference light beam is formed, which is passed through an optically transparent closed volume (plate 3, immersion liquid 12 and platinum 4) and fed to the central part of the receiving platform photosensitive sensor - 17. Then form the measured pulse of light radiation of the laser generator (with energy ΔР) and feed it into the central region of the element - 16. The kinetic energy of the pulse is converted into potential energy a deformed diaphragm - 15 (shown by a dotted line), creating an excess fluid pressure - 14 inside the reservoir (volume) - 13. Through hydraulic coupling - 18, the excess pressure from the reservoir - 13 is transferred to the sealed cavity between the plates - 3 and 4. In this case, the movable plate - 4, under the action of excess pressure, rotates around the axis - 9 and its end farthest from the axis - 9 moves by the value ΔL (shown by a dotted line). As a result of rotation of the plate, 4 optically transparent closed volume (plate 3, immersion liquid 12 and plate 4) takes a wedge-shaped shape in the direction transverse to the beam propagation - 1. The latter, having passed through the wedge-shaped optical medium, is also refracted plate - 4 will deviate and take position - 1. The maximum linear deviation ΔA of the refracted beam is fixed in a coordinate-photosensitive sensor - 17, the magnitude of which is judged on the energy of the light pulse of the laser generator.

Следует отметить, что угол наклона пластины - 4 (а следовательно, и величина ΔА) пропорционален энергетике измеряемого импульса (ΔР), так как деформации упругих элементов конструкции имеют незначительные величины (находятся в областях их линейных перемещений), что позволяет производить тарировку датчика - 17 по двум эталонным импульсам светового излучения различной величины.It should be noted that the angle of inclination of the plate is 4 (and, consequently, the ΔА value) is proportional to the energy of the measured pulse (ΔР), since the deformations of the elastic structural elements are insignificant (located in the areas of their linear displacements), which allows calibration of the sensor - 17 on two reference pulses of light radiation of various sizes.

Из вышеприведенного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущества по сравнению с известным, а именно за счет упрощения алгоритма обработки ускоряется процесс реализации способа и упрощается конструктивное выполнение устройства.From the above it follows that the proposed technical solution has advantages over the known one, namely, due to the simplification of the processing algorithm, the process of implementing the method is accelerated and the constructive implementation of the device is simplified.

Следовательно, предложенное техническое решение при реализации дает технический результат, заключающийся в ускорении процесса измерения и упрощении процесса реализации.Therefore, the proposed technical solution during implementation gives a technical result, which consists in accelerating the measurement process and simplifying the implementation process.

По материалам заявки на предприятии в настоящее время изготовлен макетный образец устройства, которое при испытаниях подтвердило достижение вышеуказанного технического результата.Based on the application materials, the enterprise has currently produced a prototype of the device, which, when tested, confirmed the achievement of the above technical result.

Claims

1. A method of measuring the energy of a light pulse of a laser generator, based on the creation of excess pressure in a closed volume of liquid by acting on the last measured light pulse, characterized in that before exposure to a measured light pulse on a liquid in a closed volume, a narrowly directed reference beam of continuous light radiation is formed, pass it through an optically transparent closed volume with a refractive index different from unity, and with a variable wedge angle, is proportional the pressure inside the volume, in the direction transverse to the direction of transmission of the reference beam, and after the excess pressure is created in the closed volume of the liquid, it is fed into the optically transparent closed volume and the magnitude of the displacement of the refracted reference light beam passing through the optically transparent closed volume, after in it the excess pressure from the direction of its transmission is judged on the value of the energy of the light pulse of the laser generator.

2. A device for measuring the energy of the light pulse of a laser generator, containing a sealed container filled with liquid with a movable wall in the form of a membrane, an element for receiving a light pulse and a light pulse energy recorder, characterized in that it is equipped with a continuous laser radiation generator and two optically transparent plates, hermetically connected along the perimeter of the sides with an elastic element, while the element for receiving a light pulse is fixed in the center of the membrane, one of the optical The plates of transparent plates are installed with the possibility of tilting and spring-loaded towards the second plate, the cavity between the plates is filled with a transparent liquid and hydraulically connected to a sealed container, and the continuous laser radiation generator is optically coupled through optically transparent plates with a light pulse energy recorder.

3. The device according to claim 2, characterized in that the light pulse energy recorder is made in the form of a coordinate-photosensitive sensor.

4. The device according to claim 2, characterized in that it is equipped with an adjusting threaded element screwed into the frame of one of the plates and interacting with its end with the frame of the second plate.