Файл: Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.06.2024
Просмотров: 145
Скачиваний: 2
нулевому принципу и устраняет нестабильности, дейст вующие на оба сигнала. Регистрируемое отношение сиг налов очень мало зависит от чувствительности схемы.
Рис. 13. Блок-схема усилителя с оптическим делением сигналов.
Управление работой синхронного детектора 4 осу ществляется сигналами от дополнительного приемника 9
сусилителем 10.
Взаключение укажем, что заводской прибор для измерения мощности излучения ОКГ непрерывного дейст вия выпускается под мар кой ФПИ [47]. В качестве интегратора используются молочные стекла типа МС-13 «и МС-14. Ослаби тель представляет собой систему из двух призм
полного внутреннего от Рис. 14. Измерение энергпп им ражения, которые могут пульсов излучения по разряду
заменяться стеклянными конденсатора. пластинами. Замена одной призмы дает ослабление около 20, двух призм — около
1000. Приемником |
является фотоэлемент типа |
Ф-13 |
с многощелочным |
катодом типа Sb—Na—К —Cs, |
обла |
дающий чувствительностью больше 100 мка/лм и темпо вым током меньше 10-14 а.
Измерение энергии импульсов излучения ОКГ может производиться несколькими методами.
1. Схема измерения энергии одиночных импульсо излучения по разряду конденсатора за счет фототока через фотоэлектрический приемник излучения приведена
на рис. |
14 |
[48]. |
|
4 |
Зубов |
в. А. |
49 |
Напряжение на конденсаторе 1 контролируется элек тростатическим вольтметром 2. Заряд конденсатора уменьшается при протекании через фотоэлемент 3 тока. Полная энергия светового импульса равна
ТИ
w a= j P(t)dt,
о
где Р (/) — мощность излучения, т(1—длительность им пульса излучения. Обозначим i\(t) отклик регистрирую щей системы на входной сигнал типа 8-функции, тогда выражение для фототока приемника будет определяться сверткой
Чір |
|
I\At) = \ |
— t)P(t')dt', |
о |
|
где т — постоянная времени приемника. Полное из менение заряда конденсатора равно
ІО |
ІоТ"Р |
ДQ = $ / ф(t) dt = |
J J ij {t' — t)P (*') dt1dt = CbU, |
О0 0
где С — емкость копденсатора, ДU — изменение напря жения на конденсаторе, tü — полное время измерения. Пределы интегрирования можно положить равными 0 и со, так как подынтегральная функция отлична от нуля
в течение |
малого промежутка |
времени тп |
т|ір |
10. |
||||
По |
свойству |
свертки имеем |
|
|
|
|
||
|
СОСО |
со |
со |
|
|
|
||
AQ — ^ |
^ |
т] (t! — t) Р (tl) dt1dt — J |
7] (0) с2Ѳ^ |
P (V) dtf ~ |
т\]¥ю |
|||
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
со |
|
|
|
|
|
|
где |
7]= |
^ 7) (0) |
описываетнормировку, |
шкалу |
измере- |
|||
о
ния энергии. Видно, что изменение напряжения на кон
денсаторе пропорционально |
полнойэнергии светового |
|||
импульса |
Q |
причем постоянная |
времени фото |
|
WB= — ДН, |
||||
приемника |
т в данном |
случае не играет роли, так |
||
как несущественно, |
за |
какое время |
фотоэлектроны |
|
50
достигнут анода, важно только, чтобы все фотоэлектроны достигли анода. Это требование выполняется, если рабо тать при напряжениях, соответствующих режиму насы щения для фотоприемника. Этим же объясняется необ
ходимость работы в |
режиме разряда |
конденсатора, а не |
в режиме его заряда |
от нуля. Как и |
в случае измерения |
характеристик непрерывного излучения, в систему сле дует включать ослабители иеселективного типа и инте граторы для устранения влияния малого динамического диапазона фотоприемника и неоднородности его зонной характеристики.
Качество измерений определяется минимальными то ками утечки конденсатора. В практической работе сле дует пользоваться фотоэлементами, с малым темповым током, конденсаторами с малыми утечками, хорошими изоляторами. Можно рекомендовать использовать фото элементы типа Ф-9 или Ф-13 с многощелочиым катодом (темновой ток порядка ІО-13—ІО-14 а) и конденсаторы типа ПСО с сопротивлением изоляции больше чем 5 - ІО10 ом.
Чувствительность такого метода измерения доходит до 10~5 дою. Увеличение чувствительности системы может быть достигнуто при использовании в качестве приемни ков фотоумножителей [49].
Для измерения энергии отдельного импульса излу чения ОКГ, работающего в режиме повторяющихся импульсов, метод может быть использован в следующем
варианте. Измеряется |
изменение |
заряда конденсатора |
за некоторое определенное время |
t0: |
|
|
to |
t-0 |
ДQ = СДУ = |
J / ф(t) dt = |
7] J P (t) dt. |
|
0 |
ü |
Если известно число импульсов излучения или период повторения импульсов излучения T = t0/N, то энергию отдельного импульса можно рассчитать по формуле
W |
|
CAU |
□ |
Nu ' |
|
|
|
2. Измерение энергии импульсов излучения ОКГ мо жет выполняться пиковым вольтметром, на входе кото рого включается интегрирующая цепь RC, причем по стоянная времени этой цепи должна быть много больше длительности импульса [1]
RC ^> \.
51
На вход фотоприемника действует излучение мощ ностью Р (і), на выходе фотоприемника будем иметь фототок
|
|
тир |
|
|
|
|
|
M *)=S |
T\{t'-t)P{t>)dt>, |
|
|
|
|
о |
|
|
|
где т\ (t) характеризует |
отклик приемника на |
сигнал |
|||
типа S-функции. Интегрирующая цепь дает иа |
выходе |
||||
регистрируемое напряжение |
|
|
|||
|
|
t0 |
СО |
СО |
|
|
^ |
S/ф (0 dt = |
$ 7, (t') dt' |
\P (t)d t = £ |
Wu. |
|
|
О |
0 |
0 |
|
При |
t <[ т;((7 |
£/рвг еще не |
достигает |
величины |
W„, при |
t |
хцс Hper ~ |
£7- Wn, при t > -по происходит уменьшение £/peP |
|||
из-за разряда |
через сопротивление |
R, поэтому |
следует |
||
брать максимальную величину £/рер. Это осуществляется пиковым вольтметром.
Этот метод измерения не предъявляет жестких требо ваний к постоянной времени фотоприемника гцр, нужно только, чтобы тцр было меньше постоянной времени ин тегрирующей цепи iRB.
Для измерения энергии одиночного импульса в слу
чае ОКГ, дающих серию импульсов излучения, |
этот |
||||||
метод применим, |
если |
выполнено условие |
тп |
тпр |
|||
тлс <С Т |
<С t0, |
т. е. |
если постоянная |
времеии |
инте |
||
грирующей цепочки ~ас больше длительности |
постоянной |
||||||
приемника |
т|ір |
и |
длительности импульса |
тп |
и меньше |
||
длительности |
периода |
Т повторения импульсов. |
Как |
||||
и для всяких -измерений с фотоэлектрическими приемни ками, измерительная система должна включать осла битель и интегратор.
3. Измерение энергии импульсов излучения ОКГ м жет выполняться с помощью фотоэлектрического прием ника и осциллографа. Измеряемой величиной в этом случае является площадь импульса, зарегистрированного на осциллографе [50]. Следует отметить, что при измере нии энергии импульса временнбе разрешение аппаратуры не играет роли. Действительно, если принять, что по стоянная времеии всей регистрирующей системы, вклю
52
чающей приемник и осциллограф, tpop, то имеем для светового сигнала Р (t)
"tper
Р ( г ) п а б л = \ |
Ч (*' — *)Р (*') dt |
Ы ^ п а б л = |
j ^ н а б л |
(<) dt, |
|
|
О |
|
|
О |
|
где |
t0 — время |
регистрации, Р (і)цабл описывается сверт |
|||
кой |
истинного |
распределения |
излучения |
во |
времени |
Р (t) с откликом системы т) (t) на сигнал типа 8-функции. Пределы интегрирования можно положить равными О, оо, если принять t0 ^> троР ^ ти. По свойству свертки будем иметь
00 СО
ж на6л = 5^(0) de \p (t)d t = -nWB,
иÜ
с о
где J т] (0) dO = 7) определяет нормировку, или шкалу
о
измерения энергий. Таким образом, при соответствующей градуировке выполняется измерение энергии импульса излучения.
В случае серии импульсов излучения этот метод пол ностью пригоден, если выполнено условие
т п Т р а г <^t0,
т. е. постоянная времени регистрирующей системы треР должна быть больше длительности импульса тд и меньше длительности периода Т следования импульсов, а время регистрации t0 должно превосходить все эти характер ные времена. В этом случае на экране осциллографа регистрируется несколько импульсов, причем эти им пульсы не налагаются друг на друга.
Касаясь общей характеристики метода измерения с фотоэлектрическим приемником и осциллографом, сле дует указать, что могут использоваться любые фотоэлек трические приемники с подходящими временными характеристиками и с линейными световыми характеристи ками. Отрицательным моментом измерений является ма лый динамический диапазон измерений, ограниченный областью линейного участка на экране электронно-лу чевой трубки. Расширение динамического диапазона мо жет быть осуществлено при использовании разветвителей с соответствующими ослабителями [51]. Электрический
53