УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ ДИОДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно - к устройствам для измерения характеристик лазерного излучения, и применяется в лазерной технике для исследования оптических диодных усилителей.
Известны способы и установки для измерения характеристик лазерного излучения (Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения, М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1973. - С. 45-66).
В известной установке пучок излучения оптического излучающего прибора, находящегося в климатической камере, направляется на прибор через прозрачное окно. При этом для смены оптического излучающего прибора, характеристики излучения которого измеряются, требуется открыть климатическую камеру. При открывании камеры изменяются условия внутри нее, что требует дополнительного времени для установления климатических условий внутри камеры и в оптическом излучающем приборе, и увеличивает время измерения.
Известная установка требует много времени для измерения характеристик, например, энергетических, пространственных или спектральных, излучения оптических излучающих приборов, находящихся в климатических камерах.
Известно устройство для определения параметров СВЧ-излучения (патент РФ №151737, МПК G01J 15/24, опублик. 10.04.2015), содержащее источник лазерного излучения, связанный через соответствующие оптический коллиматор и оптоволоконный кабель со входом интерферометра с электрооптическим кристаллом, при этом выход интерферометра соединен через другой оптический коллиматор и оптоэлектронный кабель с оптическим входом фотоэлектрического преобразователя, выход которого подключен к анализатору параметров СВЧ-излучения, при этом интерферометр выполнен в виде интерферометра Маха-Цандера, состоящего из попарно расположенных в противоположных углах прямоугольной зоны полупрозрачных зеркал и глухих зеркал, ориентированных под углом 45° к оптической оси интерферометра, причем в одном плече интерферометра расположен электрооптический кристалл типа DAST. Устройство позволяет измерять параметры сверхширокополосных электромагнитных импульсов
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известное устройство для контроля лазерного излучения (патент РФ №2038573, МПК G01J 1/04, опублик. 27.06.1995), содержащее активный элемент, который установлен в резонаторе, образованном двумя зеркалами, и приемник излучения, причем в него введен по крайней мере один дополнительный приемник излучения, который выполнен в виде матрицы приемных элементов и установлен внутри резонатора лазера так, чтобы регистрировать лучи, отраженные от зеркал и не попадающие в активный элемент.
Недостатком таких устройств является ограниченные функциональные возможности, обусловленные недостаточно полной информацией о параметрах излучения и технических характеристиках устройств, генерируемых лазерное излучение, что не позволяет объективно оценить эксплуатационные возможности исследуемых устройств.
Технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей за счет определения приосевого коэффициента усиления и распределения люминесценции по сечению активного элемента оптических диодных усилителей, достигается в предлагаемой установке для измерения характеристик оптических диодных усилителей, содержащая задающий генератор накачки, выполненный в виде непрерывного лазера, светоделительное и поворотные зеркала, фотодетектор и блок анализа и управления, тем, что она содержит КМОП-камеру с объективом, диафрагму, светофильтр и светозаградительные элементы, при этом первое поворотное зеркало установлено на оптическом пути между выходом непрерывного лазера и светофильтром, оптически связанным со вторым поворотным зеркалом, за которым расположен первый светозаградительный элемент, а второй светозаградительный элемент расположен между объективом КМОП-камеры и светоделительным зеркалом, оптически связанным через диафрагму с фотодетектором, выход которого подключен к первому информационному входу блока анализа и управления, второй информационный вход которого соединен с выходом КМОП-камеры, а выход подключен к управляющему входу непрерывного лазера, причем исследуемый оптический диодный усилитель расположен между первым светозаградительным элементом и светоделительным зеркалом.
При этом детали и функциональные узлы установки смонтированы на опорной пластине, в которой выполнены сквозные отверстия, расположенные с регулярным шагом по двум осям с возможностью регулировки пространственного взаимного положения упомянутых деталей и функциональных узлов, что обеспечивает удобство в эксплуатации (настройку и юстировку узлов).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 приведена структурная схема устройства;
- на фиг. 2 представлен общий вид установки;
- на фиг. 3 изображена форма усиленного импульса, полученная на фоне непрерывного сигнала задающего генератора накачки;
- на фиг. 4 показано распределение люминесценции и профиль однородности/неоднородности по сечению активного элемента оптического диодного усилителя;
- на фиг. 5 приведено сечение активного элемента с диаметром 5 мм исследуемого. оптического диодного усилителя.
Установка предназначена для измерения временного профиля приосевого коэффициента усиления импульсной оптической диодной усилительной головки (например, по патенту РФ №184832, МПК H01S 3/09, опублик. 12.11.2018) с помощью непрерывного задающего генератора (ЗГ), а также для измерения распределения люминесценции по сечению активного элемента с целью оценки однородности/неоднородности засветки и эффективности накачки активного элемента импульсной оптической диодной усилительной головки.
Установка (фиг. 1, 2) содержит задающий генератор 1 накачки, выполненный в виде непрерывного лазера, светоделительное 2 и поворотные зеркала 3 и 4, фотодетектор 5 и блок 6 анализа и управления, КМОП-камеру 7 с объективом 8, диафрагму 9, светофильтр 10 и светозаградительные элементы 11 и 12.
Первое поворотное зеркало 3 установлено на оптическом пути между выходом непрерывного лазера 1 и светофильтром 10, оптически связанным со вторым поворотным зеркалом 4, за которым расположен первый светозаградительный элемент 11, а второй светозаградительный элемент 12 расположен между объективом 8 КМОП-камеры 7 и светоделительным зеркалом 2, оптически связанным через диафрагму 9 с фотодетектором 5, выход которого подключен к первому информационному входу блока 6 анализа и управления, второй информационный вход которого соединен с выходом КМОП-камеры 7, а выход подключен к управляющему входу непрерывного лазера 1, причем исследуемая импульсная оптическая диодная усилительная головка (ИУГ) 13 расположена между первым светозаградительным элементом 11 и светоделительным зеркалом 2.
Детали и функциональные узлы установки смонтированы на опорной пластине 14 (фиг. 2), в которой выполнены сквозные отверстия, расположенные с регулярным шагом по двум осям с возможностью регулировки пространственного взаимного положения упомянутых деталей и функциональных узлов, что обеспечивает удобство в эксплуатации (настройку и юстировку узлов).
Поворотные зеркала 3 и 4 предназначены для облегчения юстировки и направления излучения от непрерывного лазера 1 в оптический диодный усилитель 13.
Светофильтр 10 предназначен для уменьшения влияния излучения, исходящего от ИУГ в обратную сторону.
Светоделительное зеркало 2 предназначено для разделения излучения с целью измерения распределения люминесценции, либо временного профиля коэффициента усиления.
Диафрагма 9 служит для устранения паразитной люминесценции, которая искажает истинное значение измеряемого коэффициента усиления оптического диодного усилителя 13.
Фотодетектор 5 предназначен для регистрации временного профиля сигнала для определения коэффициента усиления ИУГ с помощью блока 6.
КМОП-камера 7 с объективом 8 предназначены для регистрации распределения люминесценции оптического диодного усилителя 13.
Светозаградительный элемент 11 в закрытом состоянии обеспечивает измерение распределения люминесценции, а в открытом - измерение временного профиля коэффициента усиления оптического диодного усилителя 13.
Светозаградительный элемент 12 в закрытом состоянии обеспечивает измерение временного профиля коэффициента усиления, а в открытом - измерение распределения люминесценции оптического диодного усилителя 13.
Установка работает следующим образом.
Оптический диодный усилитель 13 устанавливается между светозаградительным элементом 11 и светоделительным делительным зеркалом 2.
При открытом элементе 11 и закрытом элементе 12, блок 6 осуществляет измерение временного профиля приосевого коэффициента усиления по специальной программе. Излучение от непрерывного лазера 1 мощностью ~100 мВт и диаметром апертуры лазерного луча ~0,8 мм проходит через светофильтр 10 и поворотными зеркалами 3 и 4 направляется в центр активного элемента усилителя 13, от которого затем поступает на делительное зеркало 2, от которого отражается в фотодетектор 5. Информационный сигнал с фотодетектора поступает на блок 6, с помощью которого задаются параметры накачки, а на экране (не показан) блока 6 отображается форму импульс усиления с амплитудой Y на фоне непрерывного сигнала X (фиг. 3).
Коэффициент усиления G определяется как отношение усиленного импульса к непрерывному сигналу G=Y/X.
При закрытом элементе 11 и открытом элементе 12 перекрывается излучение от лазера 1 и происходит измерение распределения люминесценции по сечению активного элемента на КМОП камере 7, в результате которого блоком 6 фиксируется изображение картины люминесценции активного элемента усилителя 13, которая обрабатывается блоком 6 с помощью специальной программы в среде «LabView». При этом можно управлять параметрами накачки, задавать необходимые параметры и измерять коэффициент усиления и анализировать распределение люминесценции в автоматическом режиме
Значение коэффициента усиления и его временную форму можно отслеживать в режиме реального времени, меняя параметры накачки.
В режиме измерения распределения люминесценции ИУГ на КМОП камере программа автоматически выдает картинку засветки в псевдоцветах, чтобы наглядно оценить равномерность распределения засветки по сечению, а также профили сечений (горизонтальное, вертикальное, произвольное), с помощью которых можно точно оценить однородность распределения по сечению.
Пиковое значение приосевого коэффициента усиления и распределение люминесценции по сечению активного элемента оптического диодного усилителя 13 являются взаимодополняющими характеристиками, с помощью которых возможно оценить распределение коэффициента усиления по всей апертуре активного элемента.
Измерение распределения люминесценции вместе с горизонтальным профилем однородности (фиг. 4) расширяет функциональные возможности и позволяет наиболее объективно оценить параметры усиленного излучения.
Чем выше однородность распределения люминесценции по сечению активного элемента, тем более равномерно распределение коэффициента усиления в выходном импульсе.
Устройство реализовано на доступных элементах вычислительной и оптоэлектронной техники и показало высокую надежность и удобство в эксплуатации.