Устройство для измерения мощности оптических импульсов

Предполагаемое изобретение относится к области радиотехники и экспериментальной физики и может быть использовано в аппаратуре для регистрации слабых импульсных световых потоков, например ,в аппаратуре с использованием сцинтилляционного счетчика или в интенсиметре для измерения рассеянного света от импульсного лазера.
Для измерения мощности импульсного оптического излучения широко используют устройства на основе полупроводникового фотоприемника (ФП), соединенного с операционньш усилителем (ОУ), в цепь обратной связи которого введен резистор, являющийся (с учетом коэффициента усиления ОУ) резистивной нагрузкой ФП /I/. ТЬк в цепи ФПи напряжение на выходе ОУ пропорциональны мощности оптического импульса. Если на такое уст-во приходит импульс электромагнитной помехи, то он вызывает колебательный процесс в цепи ФП, который детектируется полупроводниковьм ФП, усиливается ОУ и на выходе  регистрируется также, как и полезный сигнал. Если сигнал помехи приходит одновременно со световым импульсом, то на выходе он принципиально не отделим от Аезного сигнала.
Известен также импульсный фотометр на основе вакуумного фотоэлемента с резвстивной нагрузкой в цепи анода, соединенного с измерителем напряжения сигнальным кабелем. Для подавления импульсной помехи параллельно сигнальному установлен компенсационный кабель/2/. Оба эти кабеля на входе измерителя напряжения подключены к аналоговой схеме, в которой происходит вычитание сигнала помехи, возникающей на компенсационном кабеле, из суммарного сигнала помехи и полезного на сигнальном кабеле. Из-за невозможности построения и,дентичных сигнального и компенсационного каналов эго устройство является недостаточно помехозащищенным.
Наиболее близким к заявляемому является устройство на основе вакуумного фотоэлектронного прибора, например, фотоэлектронного умножителя, анод которого подключен к интегрирующему коцденсатору, соединенному с разрядньм ключом и вольтметром /3/ . В этом устройстве колебательный процесс, возникающий под действием электромагнитной помехи в цепи анод-коцденсатор, не детектируется, так как в цепи фотоэлектронного прибора нет нелинейных элементов, а промежуток анод-фотокатод для помехи эквивалентен разрыву цепи. Однако, помеха проходит через гальваническую связь на вход вольметра и детектируется внутри самого вольтметра, что также искажает полезный сигнал, особенно в случае слабого измеряемого оптического импульса.
Яредполагаемое изобретение позволяет измерять мощность световых импульсов малой интенсивности при наличии мощной импульсной помехи, действующей практически одновременно с источником света.
Это достигается за счет того, что в известное устройство для измерения мощности оптических импульсов, содержащее вакуумный фотоэлектронный прибор, подключенный к интегрирующему конденсатору, разрддному ключу и вольтметру, меж;цу интегрирующим конденсатором и вольтметром введено электромагнитное реле.
В предлагаемом устройстве полезный сигнал, пропорциональный мощности оптического импульса и определяющий величину заряда на интегрирующем коцденсаторе, поступает на вольтметр только после затухания колебательных процессов, наведенных электромагнитной помехой. На время действия помехи цепь менаду интегрирующим ковденсатором и вольтметром разомкнута, причем электромагнитное реле, в отличие от полупроводниковых ключей, обеспечивает полный гальванический разрыв цепи и надежно отсекает помеху от детектирующего влияния входной цепи вольтметра.
На фиг.1 представлена структурна схема заявляемого устройства, на фиг.2 - эпюры сигналов, поясняющие работу устройства.
Устройство содержит вакуумный фотоэлектронный прибор I, например, фотоэлектронный умножитель, фотокатод которого соединен с высоковольтньм источником питания Z. Анод фотоэлектронного прибора I подключен к интегрирующему коцденсатору 3 и включенному параллельно конденсатору 3 разрядному ключу 4, выполненному, например, на полевом транзисторе, затвор которого соединен с электронным блоком управления 5. Кроме того, интегрирующий коцденсатор 3 через контакты электромагнитного реле б подключен к вольтметру 7. Вольтметр 7 должен быть управляемым цифровым с большим входным сопротивлением. Обмотка реле б и управляющий вход вольтметра 7 соединены с электронным блоком управления 5. Соединения фотоэлектронного прибора I с источником питания 2 и конденсатором 3 выполнены экранированным кабелем.
,,3
-  -  На фиг. 2а показано управляющее напряжение на разрдцном ключе 4, на фиг. 26 - ток на аноде фотоэлектронного прибора I, на фиг. 2в напряжение на интегрирующем конденсаторе 3, на фиг. 2г - управляющий сиМа5 й§Р§л§ШййЖ111 °§,5 Н Жтрльс чтение на управляющем входе цифрового вольтметра 7 и на фиг.2е - импульс сброс на разря;дном ключе 4 и на обмотке реле б.
Устройство работает сле,дующим образом.
В нормальном состоянии ключ 4 открыт, что предотвращает зардд конденсатора 3 тенновьм током фотоэлектронного прибора I. Вход цифрового вольтметра 7 заземлен через контакты реле б для предотвращения натекания заряда на паразитной входной емкости при долгом ожидании события.
В начале каждого цикла измерения с блока управления 5 приходит старт-импульс Сфиг.2а), запирающий разрядный ключ 4. Измеряемый оптический импульс, преобразованный в электрический импульс (фиг.26) фотоэлектронным прибором I, заряжает интегрирующий коцценсатор 3, величина заряда на конденсаторе 3 пропорциональна мощности оптического импульса. Пршпедшая одновременно с измеряемым оптическим импульсом мощная электромагнитная помеха вызывает колебательный процесс в цепи интегрирующего конденсатора. Колебательный процесс носит затухающий характер и прекращается в течение нескольких микросекуцц. Коцценсатор 3 остается заряженным до напряжения , обусловленного только измеряемьм оптическим импульсом. ,С за,цержкой относительно старт-импульса примерно I мсек, достаточной для затухания помехи, блок управления 5 вырабатывает сигнал на переключение контактов электромагнитного реле б, поступающий на обмотку реле б. После окончания переходных процессов, связанных с переключением контактов реле б, цифровой вольтметр 7 с блока управления 5 поступает импульс чтение (фиг.), и вольтметр 7 производит измерение. Заканчивается цикл импульсом сброс (фиг.2е), открывающим ключ 4 и переключающим реле б.
Таким образом, введение механическогв разрыва цепи  интегрирующим конденсатором и вольтметром позволяет исключить детектирование колебательного процесса, возникающего в цепи фотоэлектронный прибор-коцденсатор, и измерить с временной задержкой только полезный сигнал на интегрирзталцем конденсаторе, обусловленный оптическим сигналом.
-у
- Ч  проведены сравнительные испытания заявляемого устройства и прототипа при размещении фотоэлектронного умножителя в непосредственной близости от генератора импульсного напряжения с амплитудой в импульсе 150-200 кВ и длительностью импульса 10 нсек, В качестве вольтметра использован прецизионный цифровой вольтметр В7-Е8. Степень подавления помехи заявляемым устройством по сравнению с прототипом составила 5 поря,дков. Заявляемое устройство позволяет надежно измерять оптические импульсы мощностью 0,01 мк;дж, длительностью 10 нсек с точностью 1-2 %,
.f-у 9 03o:g:(,
Авторы: ЫА Лобанов О.В.
- Козлов B.C.
Най;ценков А.Ф.
Литература:
1.С.П.Калашников, А.А.Мацвейко.
Фотодиодный измеритель мощности лазерного излучения. ПТЭ, 1Ж, № 2, стр. 189.
2.А.П.Федотов, В.В.Пьянков, А.И.Кваша, В.М.Роднюк, Ю.В.Семенов.
Система измерения потерь пучка ионов в линейном ускорителе МЕТАН. Диагностика пучков заряженных частиц в ускорителях. (Сборник). Радиотехнический институт АН СССР, ш., 1984, стр.3.
3.О.В.Лобанов, М.В.Стабников.
Мониторирование пучка протонов при работе гибридной газожидкостной камеры. Препринт ЛИЯФ, 1983, № 857.
9303(
- 5 Формула