Файл: Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения.pdf

сигнал делится, например, на три канала. В первом канале нет ослабления сигнала, во втором имеется ослаб­ ление, в третьем — еще большее ослабление. Длина линий L2 и L3 подбирается такой, чтобы сигналы на выходе были разделены во времени. Эти сигналы по­ даются на вход осциллографа, иа экране наблюдают три импульса разной амплитуды. Работа производится с тем из них, который попадает в динамический диапазон осциллографа. Разветвители и ослабители рассчиты­ ваются из условия согласования сопротивлений с ка­ бельной линией. В каждую ветвь разветвителя на п каналов последовательно включается сопротивление R. Для кабеля с волповым сопротивлением 75 ом имеем (в олі)

Для ослабителя Т-образпого типа с коэффициентом ослаб­ ления к имеем

Для ослабителя П-образиого типа с коэффициентом ослабления к имеем

По чувствительности измерений метод в значительной степени превосходит все остальные, так как здесь воз­ можно усиление сигналов при использовании усилите­ лей, разумеется, с соответствующими временными ха­ рактеристиками [50].

Измерение пиковой мощности импульсов излучения

ОКГ. Проблема измерения мощности излучения ОКГ теснейшим образом переплетается с проблемой измерения временных характеристик излучения, с проблемой изме­ рения распределения мощности излучения во времени, решение которой будет рассмотрено специально дальше. Здесь ограничимся кратким описанием общей схемы метода измерения пиковой мощности импульсов излу­ чения [1, 2].

Система должна включать ослабитель мощности из­ лучения, так как динамический диапазон фотоэлектри­ ческих приемников и осциллографов невелик. Этот осла­

54

*

битель должен допускать градуировку и по возможности быть неселективным, по крайней мере в рабочем диапа­ зоне приемника.

Второй обязательный элемент регистрирующей си­ стемы — интегратор, предназначенный для устранения влияния неравномерности зонной характеристики фото­ электрического приемника как в отношении мощности излучения, так и в отношении его поляризации.

Третий элемент — собственно фотоприемник. Четвертый элемент — регистрирующая система. Этим

элементом может являться либо пиковый вольтметр, либо осциллограф.

Следует отметить, что для регистрации пиковой мощ­ ности излучения, т. е. для регистрации формы сигнала, временное разрешение аппаратуры, включая все составные элементы, должно быть достаточным, так как в противном случае будет наблюдаться искажение сигналов, что будет вносить в измерения систематическую ошибку, завися­ щую от длительности сигнала.

Для обеспечения высокого временного разрешения, т. е. широкополосности измерительной системы (~109— ІО10 гц), требуется исключить усилительные системы, которые не могут обеспечить такую широкую полосу. Вся измерительная система в этом случае должна пред­ ставлять единую коаксиальную линию от фотоэлектри­ ческого приемника до отклоняющих пластин электронно­ лучевой трубки. Фотоэлектрический приемник должен обеспечить на сопротивлении линии достаточно высокое напряжение, так как изучение малых временных интер­ валов требует высоких ускоряющих напряжений элек­ тронно-лучевой трубки для обеспечения яркости, прием­ лемой для фотографирования. Именно для этого варианта измерения были разработаны коаксиальные фотоэле­ менты (табл. 5) и соответствующие фотоумножители (табл. 6)..

Измерение пиковой мощности излучения для серии импульсов также может выполняться рассмотренными системами. Если возможна синхронизация работы реги­ стрирующей системы с исследуемым излучением и харак­ теристики излучения воспроизводимы, то измерения сво­ дятся к исследованию статических характеристик, за­ регистрированных приборами.

В заключение этого раздела приводятся некоторые параметры наиболее широкополосных осциллографов и

55

Т а б л и ц а 10

нение в измерительной технике (табл. 10) [52], и некото­ рые характеристики выпускаемых промышленностью фотоэлектрических измерителей энергии и мощности им­ пульсов излучения (табл. 11) [25].

56

*

г) Пределы изменяются в зависимости от исследуемой области

спектра.

§ 4. Пондермоторные измерители энергетических характеристик

на приемную площадку 1, расположенную на коромысле крутильного маятника, подвешенного в точке О. На этом же коромысле расположены противовес 2 и индика­ торное зеркальце 3. Угол поворота подвеса регистри­ руется по смещению светового зайчика, создаваемого источником света 4 и направляемого индикаторным зер­ кальцем па шкалу 5 [54, 55].

Преимущества пондермоторных измерителей следую­ щие [1]:

1) системы пригодны для работы в широкой области спектра, так как любое электромагнитное излучение оказывает давление на приемную площадку, 2) приборы допускают проведение абсолютной градуировки и потому с ними можно выполнять абсолютные измерения; 3) пон­ дермоторные системы пригодны для измерения больших мощностей и энергий, так как приемные элементы могут быть сделаны малопоглощающими; 4) пондермоторные измерители обладают линейной световой характеристикой.

57

К недостаткам пондермоторных систем относятся: малая чувствительность, обусловленная малостью эф­ фекта давления света, большая постоянная времени, обусловленная механической инерцией системы.

Методы работы с нондермоториымн измерителями. Будем считать, что приемная площадка измерителя ха­ рактеризуется коэффициентом отражения р и коэффи­ циентом пропускания т. При действии излучения мощ­ ностью Р (t) на приемную площадку будут действовать сила F (/.)отр, обусловленная излучением, которое отража­

ется от приемной площадки

и сила F (і)„ог, обусловлен­ ная излучением, которое по­ глощается в приемной пло­ щадке

площадку, не вызывает давления. Полная сила, дейст­ вующая на приемный элемент, равна

Р(1)

Р ( 0 = ( і + Р — о

Эта сила вызывает вращающий момент М {t)=F (t)l, действующий на крутильный маятник, I — плечо прило­ жения силы (рис. 15). Кроме того, на крутильный маят­

где G7 — момент инерции маятника, а — показатель за­ тухания, а—у.І'ІЗ, и со — частота, uP^D/^7. Начальные

58

т: е. в начальный момент угол поворота маятника, ско­ рость вращения маятника и момент внешней силы равны нулю.

Решение уравнения движения имеет вид

Действию излучения ОКГ непрерывного действия мощностью Рп па пондермоториый приемник соответ­ ствует вращающий момент М п. Имеем

к равновесному положению с уменьшением амплитуды колебания, т. е. lim (ехр [X, 2і]} = 0. В статическом

t-> СО

установившемся режиме, соответствующем большим вре­ менам измерения (t -> оо),

Учитывая, что Af0= (l-f-р— т) Р01/с, имеем

‘Р - ( о о ) = ( 1 Ң - р — X ) ^ .

Таким образом, при измерениях характеристик ОКГ непрерывного действия угол поворота маятника <р= (сю) пропорционален падающей оптической мощности Р0: <р= (оо)=а^Р0, где а== (1 + р— т) ЦсБ.

59