 |
Часть VI измерения параметров и характеристик лазерногоизлучения
|
|
|
|
Часть VI ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГОИЗЛУЧЕНИЯ
Все более широкое применение лазерного излучения в науке, промышленности и повседневной жизни сопровождается повышением интереса не только к техническому описанию лазеров, их элементов, характеристик пучков выходного излучения [81], но и к методам и средствам измерений с гарантированной точностью всех физических величин, так или иначе характеризующих и описывающих лазеры, лазерные устройства и системы. При этом налицо стремление к международной стандартизации [81] как терминов и определений, касающихся лазерной техники, так и методов, средств и методик выполнения измерений параметров и характеристик выходного лазерного излучения, свойств и параметров элементов и узлов излучателей, систем накачки и питания лазеров, совокупность которых предложено именовать лазерометрией [82].
Несмотря на очевидную важность этой области измерений для пользователей, основы лазерометрии с охватом всех ее направлений, включая систему обеспечения единства измерений с конкретными примерами методик выполнения измерений и оценки точности получаемых результатов, до настоящего времени не систематизированы и не обобщены ни в отечественной, ни в переводной литературе.
К 1980 г. были выпущены три книги на русском языке, посвященные измерениям параметров и характеристик лазерного излучения: монография коллектива авторов под редакцией Р. А. Валитова «Измерение характеристик оптических квантовых генераторов» (1969 г. ), перевод книги Г. Хирда «Измерение лазерных параметров» (1972 г. ), книга В. Д. Зубова «Методы измерения характеристик лазерного излучения» (1973 г. ). Первые две книги отразили состояние измерительной техники в этой области измерений на конец 1967 г. Третья книга посвящена физическим основам методов измерения параметров излучения, однако в ней не нашли отражения задачи, методы и техника обеспечения единства измерений характеристик лазерного излучения.
|
|
|
В начале 80-х годов были опубликованы монографии [26, 83], посвященные измерениям энергетических, спектрально-частотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения, а в 1990 г. — монография [84], в которой изложены основы метрологического обеспечения лазерной энергетической фотометрии.
За прошедшие с тех пор десятилетия лазерная техника прогрессировала по всем основным параметрам выходного лазерного излучения: динамический диапазон интенсивностей современных лазеров простирается от фемтоуров-ней до сотен киловатт мощности излучения лазеров в непрерывном режиме; спектральный диапазон перекрывает УФ, видимый и ИК (включая дальний) поддиапазоны длин волн; фемтосекундные длительности импульсов лазерного излучения стали повседневной действительностью, а поперечные размеры пучков достигают десятков сантиметров в ближней зоне.
Соответственно, расширяется круг измерительных задач в области лазерометрии, возрастает потребность в получении достоверной количественной информации не только в лабораториях, но и в условиях эксплуатации лазеров и лазерных систем, совершенствуются и разрабатываются новые методы и средства лазерометрии, с которыми необходимо знакомиться как студентам, изучающим курс оптико-электронных, измерений, так и специалистам, имеющим дело с измерениями параметров и характеристик лазерного излучения и элементов лазерной техники.
В 2000 г. появилась монография [2], а в 2001 г. — [3], в которых подробно рассматривались основы обеспечения единства измерений совокупности характеристик и параметров непрерывного и импульсного лазерного излучения. Обе эти книги рассчитаны на специалистов высокой квалификации, нуждающихся в детальном ознакомлении со всеми аспектами лазерометрии. В связи с этим в данной книге предпринята попытка в доступной форме изложить основы ОЕИ (обеспечение единства измерений) в таком важном виде оптической радиометрии, как лазерометрия, причем большее внимание уделено измерениям энергетических, пространственно-энергетических параметров и спектральных характеристик, а измерения остальных характеристик описаны конспективно. (Это относится к параметрам когерентности, а измерения параметров поляризации рассмотрены в предыдущей части книги).
|
|
|
Глава 16 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЛАЗЕРОМЕТРИИ
16. 1. Лазер как объект измерений
Напомним, что слово «лазер» является акронимом английского сочетания «light amplification by stimulated emission of radiation», что в переводе означает «усиление света в результате вынужденного излучения». Широко распространено представление о лазере как об источнике оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Это в целом правильное определение источника излучения, коренным образом отличающегося от общеизвестных излучателей типа разнообразных ламп и световых приборов на их основе, потребовало дальнейшего развития и уточнения, что привело к появлению ряда стандартизованных на международном уровне понятий и терминов [85], поясняемых на рис. 16. 1.
Как следует из рис. 16. 1, лазером считается лишь активный элемент (активная среда с зеркалами, т. е., по существу, оптический резонатор) с системой накачки, а в сочетании с блоком подачи электропитания, хладагента и др. обеспечивающих работу лазера компонентов лазер составляет лазерное устройство. Вместе с устройствами оптического трассирования и формирования пучка лазерное устройство образует лазерную сборку, выходное излучение которой поступает к пользователю (например, для обработки детали или изделия). Если к лазерной сборке добавляются устройства позиционирования обрабатываемой детали, а также измерения и контроля параметров лазерного излучения, то речь идет уже о лазерной установке.
|
|
|
Из вышеизложенного следует, что международная стандартизация в области терминологии применительно к лазеру и его аксессуарам распространяется лишь на лазерные технологические установки. На самом деле лазерные сборки получили широкое распространение не только в системах обработки деталей и изделий, но и в медицине, строительстве, геодезии, фармакопее, приборостроении, военной технике, шоу-бизнесе, штриховом кодировании и пр. Тем не менее, общая структура лазерной сборки универсальна практически для всех применений, но с лазерными установками приходится иметь дело далеко не всегда. Однако потребность в измерении и контроле параметров и характеристик выходного излучения лазерного устройства испытывается повсеместно как при производстве и испытаниях лазеров, так и в процессе эксплуатации не только лазерных сборок, но и лазерных установок различного назначения. Кроме того, производители лазеров должны осуществлять измерительный контроль элементов и узлов лазера и лазерного устройства (активных сред, зеркал, выходных окон, блоков оптической накачки, электропитания, охлаждения и пр. ).
Рис. 16. 1. Лазерная установка
Параметры и характеристики выходного излучения лазерного устройства можно разделить на четыре группы:
· энергетические и пространственно-энергетические;
· спектральные;
· поляризационные;
· корреляционно-фазовые.
Параметры и характеристики элементной базы лазеров и лазерных устройств можно разделить на две группы:
· оптико-электронные;
· технологические.
|
|
|
