УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОСИ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
DEVICE FOR MEASUREMENT OF LASER RADIATION DIRECTIONAL PATTERN AXIS DEVIATION

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для измерения углового отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения.
Из уровня техники известно устройство (ГОСТ 26086-84 «Методы измерения параметров лазерного излучения»), основанное на методе двух сечений, которое используется для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения. Устройство содержит два пространственно разнесенных ответвителя (делителя) лазерного излучения и два позиционно чувствительных фотоприемника (четырехквадрантные фотодиоды). Пространственно разнесенные ответвители могут представлять собой плоскопараллельные пластины, куб-призмы и т.п.
К недостаткам данного устройства следует отнести влияние на точность измерения пространственного линейного и углового перемещения оптических ответвителей, происходящее под воздействием внешних факторов, таких, например, как вибрации, изменение температуры. Кроме этого, точность измерения оси диаграммы направленности лазерного излучения пропорциональна расстоянию между оптическими ответвителями, что в свою очередь препятствует конструктивному встраиванию устройства измерения оси диаграммы направленности лазерного излучения в состав контролируемого изделия на ограниченной установочной базе.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство измерения угловых уходов оси диаграммы направленности лазерного излучения (ГОСТ 26086-84 «Методы измерения параметров лазерного излучения»), которое и выбрано в качестве прототипа. Принцип действия устройства основан на измерении величины перемещения пучка лазерного излучения в фокальной плоскости положительной линзы. При этом величина угловых уходов оси диаграммы направленности лазерного излучения прямо пропорциональна перемещению пучка лазерного излучения и обратно пропорциональна фокусу линзы. Данное устройство содержит положительную линзу и позиционно-чувствительный фотоприемник (четырехквадрантный фотодиод).
К недостаткам данного устройства следует отнести влияние на точность измерения угловых уходов оси диаграммы направленности лазерного излучения взаимное перемещение оптической оси линзы и центра позиционно-чувствительного фотоприемника, происходящее под воздействием внешних факторов, таких, например, как вибрации, изменение температуры. Кроме этого, точность измерения оси диаграммы направленности лазерного излучения пропорциональна фокусу линзы, что в свою очередь препятствует конструктивному встраиванию устройства измерения оси диаграммы направленности лазерного излучения в состав контролируемого изделия на ограниченной установочной базе.
Технический результат направлен на повышение точности измерения стабильности оси диаграммы направленности лазерного излучения при воздействии внешних природных факторов (вибрации, изменения температуры) и обеспечение компактности расположения оптических элементов и фотоприемников.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения содержит источник лазерного излучения, позиционно-чувствительный фотоприемник (четырехквадрантный фотодиод). При этом в него дополнительно введены две скрещенные проходные линейные дифракционные решетки, расположенные перпендикулярно оси диаграммы направленности лазерного излучения и установленные перед позиционно-чувствительным фотоприемником, и светонепроницаемый круглый экран, причем все элементы расположены на одной оптической оси. Величина отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения определяется исходя из разницы значений мощностей лазерного излучения, поступающего на противоположные квадранты позиционно-чувствительного фотоприемника. При дальнейшем использовании лазерного излучения после проведения испытаний в устройство дополнительно могут быть введены пента-призма с крышей и прямоугольная призма, склеенная с одной гранью пента призмы, выполняющие роль светоделительного кубика.
Сущность предлагаемого устройства поясняется фиг.1, 2.
На фиг.1 представлено устройство для измерения оси диаграммы направленности лазерного излучения при проведении испытаний.
На фиг.2 представлено устройство для измерения оси диаграммы направленности лазерного излучения.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании компактного устройства для измерения оси диаграммы направленности лазерного излучения с высокими точностными характеристиками.
Устройство для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения (фиг.1) состоит из источника лазерного излучения 2, позиционно-чувствительного фотоприемника 3, выполненного в виде четырехквадрантного фотодиода, двух скрещенных дифракционных решеток 4 и светонепроницаемого круглого экрана 5.
Принцип действия устройства для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения основывается на двух свойствах линейных дифракционных решеток.
Первое свойство - отклонять лазерное излучение на углы, пропорциональные периоду дифракционной решетки и учитываемому порядку дифракции.
Второе свойство - интенсивность отклоненного лазерного излучения зависит от угла падения излучения на поверхность дифракционной решетки.
Устройство для измерения углового отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения работает следующим образом. Лазерный луч (излучение) 1, угловые уходы которого необходимо измерить, от источника лазерного излучения 2 попадает на две скрещенные проходные дифракционные решетки 4. Согласно первому свойству скрещенных дифракционных решеток лазерный луч (оптическое излучение) 1 расщепляется на множество направлений в двух скрещенных плоскостях в соответствии с порядком дифракции. При этом позиционно-чувствительный фотоприемник 3 устанавливают таким образом, чтобы лазерное излучение 1, распространяющееся в направлении нулевого порядка дифракции, попадало в центр позиционно-чувствительного фотоприемника 3, а лазерные излучения первого положительного и первого отрицательного (1 и -1) порядков попадали в центры фоточувствительных площадок позиционно-чувствительного фотоприемника 3. Излучение нулевого порядка является паразитным и его необходимо перекрыть светонепроницаемым круглым экраном 5. Отклонение оси диаграммы направленности лазерного излучения определяется исходя из разницы значений мощностей лазерного излучения, поступающего на противоположные квадранты позиционно-чувствительного фотоприемника 3. При этом на результат измерения не влияет перемещение за счет внешних факторов среды, как дифференциальных решеток, так и фотоприемника в пространстве. Это обусловлено тем, что размеры квадрантов позиционно-чувствительного фотоприемника 3 больше диаметра лазерного излучения 1, а каждый лазерный пучок попадает в определенный квадрант. Данная схема устройства для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения может быть использована в основном при проведении испытаний, т.к. вышеприведенное устройство полностью перекрывает лазерное излучение и не позволяет использовать его дальше.
Если необходимо использовать лазерное излучение далее, то в данную схему предлагается добавить пентапризму с крышей 6 для разворота изображения на 90° (фиг.2) с приклеенной к одной грани призмы 6 прямоугольной призмы 8, выполняющей функцию светоделительного кубика. При этом используется свойство пентапризмы с крышей - возможность отклонять излучение на 90° независимо от ее положения в пространстве.
Устройство для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения (фиг.1, фиг.2) состоит из источника лазерного излучения 2, позиционно чувствительного фотоприемника 3, двух скрещенных дифракционных решеток 4 и светонепроницаемого круглого экрана 5, пентапризмы с крышей 6, основания 7. При этом к пентапризме с крышей 6 жестко приклеена прямоугольная призма 8, выполняющая функцию светоделительного кубика
Устройство для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения работает следующим образом. Лазерный луч (излучение) 1, угловые уходы которого необходимо измерить, от лазерного устройства 2 попадает на пента призму 6, расположенную на основании 7. При этом линейные размеры лазерного излучения 1 могут изменяться при изменении внешних условий. Часть излучения отражается от грани пента призмы 6 и попадает на скрещенные дифракционные решетки 4, а основное излучение, благодаря призме 8, распространяется в первоначальном направлении. Лазерный луч (оптическое излучение) 1 расщепляется на множество направлений в двух скрещенных плоскостях согласно порядкам дифракции. При этом позиционно-чувствительный фотоприемник 3 устанавливают таким образом, чтобы лазерное излучение 1, распространяющееся в направлении нулевого порядка дифракции, попадало в центр позиционно-чувствительного фотоприемника 3, а лазерные излучения первого положительного и первого отрицательного (1 и -1) порядков попадали в центры фоточувствительных площадок (квадрантов). Излучение нулевого порядка является паразитным и его необходимо перекрыть светонепроницаемым круглым экраном 5. Отклонение оси диаграммы направленности лазерного излучения определяется исходя из разницы значений мощности лазерного излучения, поступающего на противоположные квадранты позиционно-чувствительного фотоприемника 3.
Предлагаемое устройство для измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения позволяет расположить элементы с минимальным расстоянием между ними, что обеспечивает возможность создания компактного устройства, необходимого как при проведении испытаний в лабораторных условиях, так и в дальнейшем использовании лазерного излучения. А также данное устройство позволяет повысить точность измерения отклонения оси диаграммы направленности лазерного излучения независимо от воздействия внешних факторов (вибраций, изменения температуры).